NTU -forskerne brugte en ny prøveudtagning og DNA -sekventeringsprotokol for mikrobielle samfund i Singapores luft. De fandt ud af, at sammensætningen af det mikrobielle samfund i den tropiske luft ændres forudsigeligt, med bakterier dominerende om dagen og svampe om natten.
Dette dag-nat-mønster og mangfoldigheden af luftbårne mikroorganismer i atmosfæren nær overfladen var tidligere ukendt, da atmosfæren er teknologisk udfordrende at studere, gør det til det mest uudforskede økosystem på planetarisk skala, sammenlignet med land- og havøkosystemer.
Den nye viden om tropiske bioaerosoler - små luftbårne partikler omfattende svampe, bakterier og plantemateriale - rapporteres i denne uge i Procedurer fra National Academy of Sciences .
I forskningspapiret ledet af NTU genomics professor Stephan Schuster, teamet rapporterede, at tropisk luft havde en mikrobiel mangfoldighed med lignende kompleksitet som andre velstuderede økosystemer, såsom havvand, jord, og den menneskelige tarm.
Disse bioaerosolsamfund (luftbårne partikler af biologisk oprindelse) har et uventet højt antal bakterier og svampearter, og de følger en dielcyklus (en 24-timers dag- og natcyklus), som forskere mener er drevet af miljøforhold som fugtighed, regn, solbestråling og kuldioxidniveauer.
De viser også en større variation i sammensætning inden for en dag end mellem dage eller endda måneder. Denne robuste samfundsstruktur opretholder langsigtet forudsigelighed, på trods af variationer i luftstrøm og monsunvind på tværs af de tropiske årstider.
Professor Schuster, der er forskningsdirektør hos SCELSE, sagde at have evnen til at analysere bioaerosoler giver indsigt i mange aspekter af bylivet, der påvirker vores daglige liv og menneskelige trivsel. Det giver også en forståelse af samspillet mellem atmosfæriske, terrestriske og akvatiske planetariske økosystemer, hvilket er særligt værdifuldt under klimaforandringerne.
Vores nuværende undersøgelse tyder på, at temperaturen også er en global drivkraft for mikrobiel samfundsdynamik for atmosfæren nær overfladen. En sådan forståelse er grundlæggende for at sikre økosystemets bæredygtighed i bymiljøer og videre.
Lokalt, forståelse af bioaerosoldynamikken vil også informere om den måde, vi håndterer vores omgivende atmosfære på, såsom effekten af indendørs luftkvalitet, mekanisk ventilation og forurening på luftmikrobiomerne, der omgiver os. Yderligere, vores undersøgelse giver vigtig og tiltrængt indsigt i bioaerosoler i tropiske omgivelser, i betragtning af at eksisterende undersøgelser udelukkende har involveret tempererede klimaer. "
Stephan Schuster, NTU genomik professor
Gennemsnitlig, mennesker indånder 11 kubikmeter luft dagligt (11 tusinde liter), som kunne indeholde omkring 50 tusind organismer i troperne i løbet af dagen, men 30 til 100 gange det beløb om natten.
Forskerne siger, at de er begyndt at forstå effekten af luftmikrobielle samfund på miljøet og menneskers sundhed, med den mest umiddelbare indvirkning på patienter med luftvejssygdomme. Yderligere, skader på landbrugsafgrøder kunne undgås på lang sigt, da mange af de påviste organismer er plantepatogener eller træ rådnende svampe.
Resultaterne har fået forskerteamet til at igangsætte et igangværende tværfagligt forskningsprojekt mellem SCELSE og NTU's Lee Kong Chian School of Medicine inden for respiratorisk sundhed.
Sammen med kliniske eksperter ledet af respiratorlæge assisterende professor Sanjay Chotirmall, Provosts stol i molekylær medicin, det fælles team vurderer, hvordan bioaerosoler påvirker patienter med bronkitis, kronisk obstruktiv lungesygdom og alvorlig astma.
Forskergruppen oprettede en række luftprøveopsamlere på et tag på NTU -campus, som indsamlede prøver hver anden time i løbet af fem dage (180 prøver pr. tidsserie). Det samme eksperiment blev gentaget hver tredje måned i 13 måneder, som omfattede Singapores to monsun -sæsoner.
Luftbåren biomasse blev opsamlet ved at pumpe luft gennem et elektrostatisk filter, der fastholder partikler fra 0,5 til 10 mikrometer (ca. 50 gange til 10 gange mindre end den gennemsnitlige tykkelse af et menneskehår). Tidligere har luftprøver skulle aggregeres i uger eller måneder for at samle tilstrækkeligt materiale til analyse.
Gennem den nye ultra-lave biomasse-DNA-sekventeringsprotokol udviklet af NTU-forskerholdet, meget mindre luftmængder kunne analyseres, muliggør for første gang muligheden for at studere timeforandringer i luftmikrobiomsammensætningen.
Alle bioaerosoler blev klassificeret i henhold til deres DNA -ligheder og forskelle, som muliggjorde identifikation på artniveau af luftbårne organismer efter sammenligning med eksisterende DNA-sekvensdatabaser.
Forskerne overgik niveauet for identifikation af bioaerosoler, der tidligere var opnået af forskere, uden behov for at amplificere DNA eller bruge langsigtede prøveudtagningsperioder, der ikke giver tilstrækkeligt detaljerede oplysninger med korte tidsintervaller.
Tidligere undersøgelser fra andre forskningsgrupper har rapporteret bioaerosolsamfund baseret på enten dyrkning eller genforstærkning, som begge pådrager sig væsentlige skævheder og tidsmængder, uden dog at opnå en tidsmæssig opløsning, der ville have gjort det muligt at observere den daglige cykling af luftbårne mikroorganismer.
Teammedlem Dr Elena Gusareva, en postdoktor ved NTU sagde den hidtil usete omfang og dybde af analyse og klassificering, tilladt teamet at identificere mere end 1, 200 bakterie- og svampearter, der udfører et skiftende mønster af mikrobiel samfundsammensætning.
Løbende forskning på NTU ser nu på at bruge den samme metode til at analysere bioaerosoler globalt på andre steder, som kunne give lignende tendenser med hensyn til at følge dielcyklussen.
Ny beregningsmodelleringsmetode forudsiger, hvordan tarmmikrober ændrer sig over tid
Forskere bruger fagterapi til succesfuld behandling af alkoholisk leversygdom
Forskning ser på aerobiomer,
Det vaginale mikrobiom kan påvirke effekten af HIV -forebyggende behandling
Slim i brusehoveder kan indeholde farlige lungebakterier, finder undersøgelse
Børn er immunforberedt på SARS-CoV-2
RNA -sekventering giver ny indsigt i mikrobiomet
Forskere ved University of Chicago er kommet med en revolutionerende strategi for at studere tarmmikrobiomets aktivitet-ved hjælp af sekvensering af tRNA med høj gennemstrømning. Alpha Ta
Forskere udvikler 3D -trykt pille, der prøver bakterier, der findes i tarmen
Tarmmikrobiomet består af billioner af levende mikrober, og mere end tusind bakteriearter. Det har været kendt, at tarmen spiller en vigtig rolle i kroppens sundhed. Et team af universitetsingeniører
Mælkesyrebakterier og tarmbakterier bidrager til sundhedsmæssige fordele ved rug,
undersøgelse viser Spise rug kommer med en række sundhedsmæssige fordele. En ny undersøgelse fra University of Eastern Finland viser nu, at både mælkesyrebakterier og tarmbakterier bidrager til sundhe