Los científicos de la NTU utilizaron un nuevo protocolo de muestreo y secuenciación de ADN de comunidades microbianas en el aire de Singapur. Descubrieron que la composición de la comunidad microbiana en el aire tropical cambia de manera predecible, con bacterias dominantes durante el día y hongos durante la noche.
Este patrón día-noche y la diversidad de microorganismos transportados por el aire en la atmósfera cercana a la superficie se desconocían anteriormente. como la atmósfera es tecnológicamente difícil de estudiar, convirtiéndolo en el ecosistema menos explorado a escala planetaria, en comparación con los ecosistemas terrestres y marinos.
Los nuevos conocimientos sobre bioaerosoles tropicales:partículas diminutas en el aire que comprenden hongos, bacterias y material vegetal - se informa esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
En el artículo de investigación dirigido por el profesor de genómica de NTU Stephan Schuster, el equipo informó que el aire tropical tenía una diversidad microbiana con una complejidad similar a la de otros ecosistemas bien estudiados, como el agua de mar, tierra, y el intestino humano.
Estas comunidades de bioaerosoles (partículas aerotransportadas de origen biológico) tienen un número inesperadamente alto de especies de bacterias y hongos, y siguen un ciclo diel (un ciclo diurno y nocturno de 24 horas) que los científicos creen que es impulsado por condiciones ambientales como la humedad, lluvia, niveles de irradiancia solar y dióxido de carbono.
También demuestran una mayor variación en la composición en un día que entre días o incluso meses. Esta sólida estructura comunitaria mantiene la previsibilidad a largo plazo, a pesar de las variaciones en el flujo de aire y los vientos monzónicos a lo largo de las estaciones tropicales.
Profesor Schuster, quien es director de investigación en SCELSE, dijo que tener la capacidad de analizar bioaerosoles proporciona información sobre muchos aspectos de la vida urbana que afectan nuestra vida diaria y el bienestar humano. También proporciona una comprensión de las interacciones entre la atmósfera, ecosistemas planetarios terrestres y acuáticos, que es particularmente valioso durante el cambio climático.
Nuestro estudio actual sugiere que la temperatura también es un impulsor global de la dinámica de la comunidad microbiana para la atmósfera cerca de la superficie. Esta comprensión es fundamental para garantizar la sostenibilidad de los ecosistemas en entornos urbanos y más allá.
En la zona, Comprender la dinámica de los bioaerosoles también informará la forma en que manejamos nuestra atmósfera circundante, como el efecto de la calidad del aire interior, ventilación mecánica y contaminación de los microbiomas del aire que nos rodean. Más lejos, nuestro estudio proporciona información importante y muy necesaria sobre los bioaerosoles en un entorno tropical, dado que los estudios existentes han involucrado exclusivamente climas templados ".
Stephan Schuster, Profesor de genómica NTU
De media, los seres humanos respiran 11 metros cúbicos de aire al día (11 mil litros), que podría contener unas 50 mil células de organismos en los trópicos durante el día, pero de 30 a 100 veces esa cantidad por la noche.
Los científicos dicen que están comenzando a comprender el efecto de las comunidades microbianas del aire en el medio ambiente y la salud humana. con el impacto más inmediato en pacientes con enfermedades respiratorias. Más lejos, el daño a los cultivos agrícolas podría evitarse a largo plazo, ya que muchos de los organismos detectados son patógenos de plantas u hongos que pudren la madera.
Los hallazgos han llevado al equipo de investigación a iniciar un proyecto de investigación interdisciplinario en curso entre SCELSE y la Escuela de Medicina Lee Kong Chian de NTU en el área de salud respiratoria.
Junto con expertos clínicos dirigidos por el profesor asistente médico respiratorio Sanjay Chotirmall, Cátedra del Rector en Medicina Molecular, el equipo conjunto está evaluando cómo los bioaerosoles afectan a los pacientes con bronquitis, enfermedad pulmonar obstructiva crónica y asma grave.
El equipo de investigación instaló una serie de recolectores de muestras de aire en una azotea en el campus de NTU, que recogió muestras cada dos horas en el transcurso de cinco días (180 muestras por serie temporal). Este mismo experimento se repitió cada tres meses durante 13 meses, que incluyó las dos temporadas de monzones de Singapur.
La biomasa transportada por el aire se recogió bombeando aire a través de un filtro electrostático que retiene partículas en un rango de 0,5 a 10 micrómetros (aproximadamente de 50 a 10 veces más pequeño que el grosor promedio de un cabello humano, respectivamente). Previamente, las muestras de aire debían agregarse durante semanas o meses a fin de acumular suficiente material para el análisis.
A través del nuevo protocolo de secuenciación de ADN de biomasa ultrabaja desarrollado por el equipo de investigación de NTU, se podrían analizar volúmenes de aire mucho más pequeños, permitiendo por primera vez la capacidad de estudiar los cambios horarios en la composición del microbioma del aire.
Todos los bioaerosoles se clasificaron de acuerdo con sus similitudes y diferencias de ADN, que permitió la identificación a nivel de especie de organismos en el aire después de la comparación con las bases de datos de secuencias de ADN existentes.
Los investigadores superaron el nivel de identificación de bioaerosoles alcanzado previamente por los científicos, sin la necesidad de amplificar el ADN o utilizando períodos de muestreo a largo plazo que no brindan información suficientemente detallada en intervalos de tiempo cortos.
Estudios anteriores de otros grupos de investigación han informado sobre comunidades de bioaerosoles basadas en el cultivo o la amplificación de genes, ambos incurren en sesgos sustanciales y agregados de tiempo, sin embargo, sin lograr una resolución temporal que hubiera permitido observar el ciclo diario de los microorganismos en el aire.
Miembro del equipo Dra. Elena Gusareva, un investigador postdoctoral en NTU dijo que la escala y la profundidad sin precedentes del análisis y la clasificación, permitió al equipo identificar más de 1, 200 especies de bacterias y hongos que realizan un patrón cambiante de composición de la comunidad microbiana.
La investigación en curso en NTU ahora está considerando usar el mismo método para analizar bioaerosoles a nivel mundial en otros sitios, lo que podría producir tendencias similares en términos de seguimiento del ciclo diario.
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