환경 과학

환경미생물학: 혐기성 광영양 세균의 생태 생리학(NanoSIMS)

Ecophysiology of anaerobic phototrophic bacteria

혐기성 광영양 세균의 생태 생리학: ¹⁵N 및 ¹³C 흡수

이 간행물은 배양 없이 덜 우점이며 덜 활동적인 미생물이 포함된 개별 셀의 생태 생리학을 분석하는 NanoSIMS의 성능을 보여줍니다.

혐기성 광영양 세균인 Chromatium okenii, Lamprocystis purpurea 및 Chlorobium clathratiforme의 개별 세포는 스위스의 혼층화 알프스 호스인 빈영양의 부분순환 Lake Cadagno에 서식하며 H¹³CO₃ 및 ¹⁵NH₄⁺ 동화와 관련하여 분석되었습니다. 11.5m 깊이의 물 시료는 현장 광 및 기온 조건에서 ¹⁵N으로 표지된 암모늄과 ^13C로 표지된 중탄산염을 추가한 후에 배양되었습니다. 시료는 배양 후 세 가지 종의 16S rRNA의 특정 영역을 표적으로 하는 HRP로 표지된 올리고뉴클레오타이드 프로브와 혼성화되었습니다. 불소 함유 티라미드 증착 직후 NanoSIMS를 사용해 필터를 분석했습니다.

각각의 데이터 획득에 대해 ¹²C, ¹³C, ¹⁹F, ¹²C¹⁴N, ¹²C¹⁵N 이미지가 동시에 기록됩니다. 관심영역(ROI)은 픽셀 강도가 합산된 다음 비율로 표시되는 개별 세포 주변에 표시됩니다.
¹⁹F 이미지는 원소 FISH 이미지로 계통 발생적 정체성을 나타내며,
¹³C/¹²C 및 ¹⁵N/¹⁴N 비율 이미지는 대사 활동을 측정합니다.

Ecophysiology of anaerobic phototrophic bacteria 1

A: 선은 이론적인 "레드 필드" C:N 비율인 6.6을 나타냅니다.
B: 전체 암모늄에 대한 기여도
C: 개체군별 총 용존무기탄소 기여도 및 계내 동화
총 질소 및 탄소 흡수량 계산에는 CARD-FISH에 의해 확인된 각 종의 절대 우점이 반영되었습니다.

동일한 종의 개별 세포 간에 대사율의 큰 변동성이 관찰됩니다. 환경의 미생물 개체군은 이질적이며 생리학적으로 구별되는 개체로 구성됩니다.
C. okenii는 총 세포 수의 약 0.3%로 가장 우점이 아닌 종이지만 계통에서 총 암모늄 및 탄소 흡수량의 50% 이상을 차지합니다. 이 사실은 눈에 띄지 않는 미생물이 환경의 질소 및 탄소 순환에 미치는 중요성을 보여줍니다.

미생물학자는 동위원소 배양 실험을 계통 발생적 표지(광학 현미경의 현장 또는 원소, 형광)와 결합하는 NanoSIMS를 사용하여 배양 없이 환경에서 개별 미생물의 대사 활동과 상호 작용을 정량화할 수 있습니다.

출처: A single cell view on the ecophysiology of anaerobic phototrophic bacteria. N. Musat et al., PNAS, Nov. 18, 2008, vol. 105, no. 46.