Die NTU-Wissenschaftler verwendeten ein neues Probenahme- und DNA-Sequenzierungsprotokoll von mikrobiellen Gemeinschaften in der Luft Singapurs. Sie fanden heraus, dass sich die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft in der tropischen Luft vorhersehbar ändert, Tagsüber dominieren Bakterien und nachts Pilze.
Dieses Tag-Nacht-Muster und die Vielfalt der luftgetragenen Mikroorganismen in der oberflächennahen Atmosphäre waren bisher unbekannt, da die Atmosphäre technisch anspruchsvoll zu studieren ist, Damit ist es das am wenigsten erforschte Ökosystem auf planetarer Ebene, im Vergleich zu Land- und Meeresökosystemen.
Das neue Wissen über tropische Bioaerosole - winzige Partikel aus der Luft aus Pilzen, Bakterien und Pflanzenmaterial - berichtet diese Woche im Proceedings of the National Academy of Sciences .
In dem von NTU-Genomikprofessor Stephan Schuster geleiteten Forschungspapier Das Team berichtete, dass die tropische Luft eine mikrobielle Vielfalt mit ähnlicher Komplexität wie andere gut untersuchte Ökosysteme aufweist, wie Meerwasser, Boden, und der menschliche Darm.
Diese Bioaerosolgemeinschaften (luftgetragene Partikel biologischen Ursprungs) weisen eine unerwartet hohe Anzahl von Bakterien- und Pilzarten auf, und sie folgen einem Diel-Zyklus (einem 24-Stunden-Tag-Nacht-Zyklus), von dem Wissenschaftler glauben, dass er von Umweltbedingungen wie Feuchtigkeit, Regen, Sonneneinstrahlung und Kohlendioxidgehalt.
Sie zeigen auch eine größere Variation in der Zusammensetzung innerhalb eines Tages als zwischen Tagen oder sogar Monaten. Diese robuste Gemeinschaftsstruktur behält die langfristige Vorhersagbarkeit, trotz Schwankungen in der Luftströmung und Monsunwinden während der tropischen Jahreszeiten.
Professor Schuster, der Forschungsdirektor bei SCELSE ist, sagte, dass die Fähigkeit, Bioaerosole zu analysieren, Einblicke in viele Aspekte des städtischen Lebens bietet, die unser tägliches Leben und das menschliche Wohlbefinden beeinflussen. Es vermittelt auch ein Verständnis der Wechselwirkungen zwischen atmosphärischen, terrestrische und aquatische planetare Ökosysteme, was gerade während des Klimawandels von großem Wert ist.
Unsere aktuelle Studie legt nahe, dass die Temperatur auch ein globaler Treiber der Dynamik mikrobieller Gemeinschaften für die oberflächennahe Atmosphäre ist. Ein solches Verständnis ist von grundlegender Bedeutung, um die Nachhaltigkeit von Ökosystemen in städtischen Umgebungen und darüber hinaus sicherzustellen.
Örtlich, Das Verständnis der Bioaerosoldynamik wird auch die Art und Weise beeinflussen, wie wir mit unserer umgebenden Atmosphäre umgehen, wie der Einfluss der Raumluftqualität, mechanische Belüftung und Verschmutzung der uns umgebenden Luftmikrobiome. Weiter, unsere Studie liefert wichtige und dringend benötigte Erkenntnisse über Bioaerosole in einer tropischen Umgebung, da sich bestehende Studien ausschließlich mit gemäßigten Klimazonen befasst haben."
Stephan Schuster, NTU-Professor für Genomik
Im Durchschnitt, Menschen atmen täglich 11 Kubikmeter Luft (11 Tausend Liter), die tagsüber in den Tropen etwa 50.000 Zellen des Organismus enthalten könnte, aber nachts das 30- bis 100-fache.
Die Wissenschaftler sagen, dass sie beginnen, die Auswirkungen mikrobieller Gemeinschaften in der Luft auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit zu verstehen. mit den unmittelbarsten Auswirkungen auf Patienten mit Atemwegserkrankungen. Weiter, Schäden an landwirtschaftlichen Nutzpflanzen könnten langfristig vermieden werden, da viele der nachgewiesenen Organismen Pflanzenpathogene oder Holzfäulepilze sind.
Die Ergebnisse haben das Forschungsteam dazu veranlasst, ein fortlaufendes interdisziplinäres Forschungsprojekt zwischen SCELSE und der Lee Kong Chian School of Medicine der NTU auf dem Gebiet der Atemwegsgesundheit zu initiieren.
Gemeinsam mit klinischen Experten unter der Leitung des Atemwegsarztes Assistant Professor Sanjay Chotirmall, Professur für Molekulare Medizin, das gemeinsame Team untersucht, wie sich Bioaerosole auf Patienten mit Bronchitis auswirken, chronisch obstruktive Lungenerkrankung und schweres Asthma.
Das Forschungsteam hat auf einem Dach des NTU-Campus eine Reihe von Luftprobensammlern aufgestellt, die über einen Zeitraum von fünf Tagen alle zwei Stunden Proben sammelte (180 Proben pro Zeitreihe). Das gleiche Experiment wurde 13 Monate lang alle drei Monate wiederholt. zu denen auch die beiden Monsunzeiten in Singapur gehörten.
In der Luft befindliche Biomasse wurde gesammelt, indem Luft durch einen elektrostatischen Filter gepumpt wurde, der Partikel im Bereich von 0,5 bis 10 Mikrometer zurückhielt (etwa 50 mal bis 10 mal kleiner als die durchschnittliche Dicke eines menschlichen Haares). Vorher, Luftproben mussten über Wochen oder Monate aggregiert werden, um genügend Material für die Analyse zu sammeln.
Durch das neue DNA-Sequenzierungsprotokoll mit extrem niedriger Biomasse, das vom NTU-Forschungsteam entwickelt wurde, viel kleinere Luftmengen analysiert werden könnten, Dies ermöglicht zum ersten Mal die Möglichkeit, stündliche Veränderungen der Zusammensetzung des Luftmikrobioms zu untersuchen.
Alle Bioaerosole wurden nach ihren DNA-Ähnlichkeiten und Unterschieden klassifiziert, die eine Identifizierung von luftgetragenen Organismen auf Speziesebene nach Vergleich mit bestehenden DNA-Sequenzdatenbanken ermöglichte.
Die Forscher übertrafen den bisher von Wissenschaftlern erreichten Grad der Identifizierung von Bioaerosolen, ohne dass DNA amplifiziert werden muss oder lange Probenahmezeiträume verwendet werden, die in kurzen Zeitabständen keine ausreichend detaillierten Informationen liefern.
Frühere Studien anderer Forschungsgruppen haben über Bioaerosolgemeinschaften berichtet, die entweder auf Kultivierung oder Genamplifikation basieren, beide mit erheblichen Verzerrungen und Zeitaggregaten, ohne jedoch eine zeitliche Auflösung zu erreichen, die es ermöglicht hätte, den täglichen Kreislauf luftgetragener Mikroorganismen zu beobachten.
Teammitglied Dr. Elena Gusareva, ein Postdoktorand an der NTU sagte, der beispiellose Umfang und die Tiefe der Analyse und Klassifikation, erlaubte dem Team, mehr als 1 zu identifizieren. 200 Bakterien- und Pilzarten, die ein sich änderndes Muster der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft aufweisen.
Die laufende Forschung am NTU versucht nun, mit der gleichen Methode Bioaerosole weltweit an anderen Standorten zu analysieren. was ähnliche Trends in Bezug auf die Verfolgung des Dieselzyklus ergeben könnte.
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