Les scientifiques du NTU ont utilisé un nouveau protocole d'échantillonnage et de séquençage de l'ADN des communautés microbiennes dans l'air de Singapour. Ils ont découvert que la composition de la communauté microbienne dans l'air tropical change de manière prévisible, les bactéries dominent le jour et les champignons la nuit.
Ce modèle jour-nuit et la diversité des micro-organismes en suspension dans l'atmosphère proche de la surface étaient auparavant inconnus, comme l'atmosphère est technologiquement difficile à étudier, ce qui en fait l'écosystème le plus sous-exploré à l'échelle planétaire, par rapport aux écosystèmes terrestres et marins.
Les nouvelles connaissances sur les bioaérosols tropicaux - de minuscules particules en suspension dans l'air comprenant des champignons, bactéries et matériel végétal - est signalé cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .
Dans le document de recherche dirigé par le professeur de génomique NTU Stephan Schuster, l'équipe a signalé que l'air tropical avait une diversité microbienne avec une complexité similaire à celle d'autres écosystèmes bien étudiés, comme l'eau de mer, sol, et l'intestin humain.
Ces communautés de bioaérosols (particules d'origine biologique en suspension dans l'air) contiennent un nombre étonnamment élevé d'espèces bactériennes et fongiques, et ils suivent un cycle journalier (un cycle jour et nuit de 24 heures) qui, selon les scientifiques, est déterminé par des conditions environnementales telles que l'humidité, pluie, l'irradiance solaire et les niveaux de dioxyde de carbone.
Ils démontrent également une plus grande variation de composition au sein d'une journée qu'entre les jours ou même les mois. Cette structure communautaire robuste maintient la prévisibilité à long terme, malgré les variations de flux d'air et les vents de mousson à travers les saisons tropicales.
Professeur Schuster, qui est directeur de recherche au SCELSE, a déclaré avoir la capacité d'analyser les bioaérosols donne un aperçu de nombreux aspects de la vie urbaine qui affectent notre vie quotidienne et le bien-être humain. Il permet également de comprendre les interactions entre l'atmosphère, écosystèmes planétaires terrestres et aquatiques, ce qui est particulièrement précieux lors du changement climatique.
Notre étude actuelle suggère que la température est également un moteur global de la dynamique de la communauté microbienne pour l'atmosphère près de la surface. Une telle compréhension est fondamentale pour assurer la durabilité des écosystèmes en milieu urbain et au-delà.
Localement, comprendre la dynamique des bioaérosols éclairera également la façon dont nous gérons notre atmosphère environnante, comme l'effet de la qualité de l'air intérieur, ventilation mécanique et pollution sur les microbiomes de l'air qui nous entourent. Plus loin, notre étude fournit des informations importantes et indispensables sur les bioaérosols dans un cadre tropical, étant donné que les études existantes ont porté exclusivement sur les climats tempérés.
Stéphane Schuster, professeur de génomique NTU
En moyenne, les humains respirent 11 mètres cubes d'air par jour (11 mille litres), qui pourrait contenir quelque 50 000 cellules d'organismes sous les tropiques pendant la journée, mais 30 à 100 fois ce montant la nuit.
Les scientifiques disent qu'ils commencent à comprendre l'effet des communautés microbiennes de l'air sur l'environnement et la santé humaine, avec l'impact le plus immédiat sur les patients souffrant de maladies respiratoires. Plus loin, les dommages aux cultures agricoles pourraient être évités à long terme, car bon nombre des organismes détectés sont des agents pathogènes des plantes ou des champignons pourrissant le bois.
Les résultats ont conduit l'équipe de recherche à lancer un projet de recherche interdisciplinaire en cours entre SCELSE et la Lee Kong Chian School of Medicine de NTU dans le domaine de la santé respiratoire.
En collaboration avec des experts cliniques dirigés par le pneumologue professeur adjoint Sanjay Chotirmall, Chaire du Provost en médecine moléculaire, l'équipe conjointe évalue comment les bioaérosols affectent les patients atteints de bronchite, maladie pulmonaire obstructive chronique et asthme sévère.
L'équipe de recherche a installé une série de collecteurs d'échantillons d'air sur un toit du campus NTU, qui a collecté des échantillons toutes les deux heures pendant cinq jours (180 échantillons par série temporelle). Cette même expérience a été répétée tous les trois mois pendant 13 mois, qui comprenait les deux saisons de mousson de Singapour.
La biomasse en suspension dans l'air a été collectée en pompant de l'air à travers un filtre électrostatique retenant les particules de 0,5 à 10 micromètres (environ 50 fois à 10 fois plus petites que l'épaisseur moyenne d'un cheveu humain respectivement). Précédemment, les échantillons d'air devaient s'agréger pendant des semaines ou des mois afin d'amasser suffisamment de matériel pour l'analyse.
Grâce au nouveau protocole de séquençage d'ADN à très faible biomasse développé par l'équipe de recherche NTU, des volumes d'air beaucoup plus petits pourraient être analysés, permettant pour la première fois d'étudier les changements horaires de la composition du microbiome de l'air.
Tous les bioaérosols ont été classés en fonction de leurs similitudes et différences d'ADN, qui a permis l'identification au niveau de l'espèce des organismes en suspension dans l'air après comparaison avec les bases de données de séquences d'ADN existantes.
Les chercheurs ont dépassé le niveau d'identification des bioaérosols atteint auparavant par les scientifiques, sans avoir besoin d'amplifier l'ADN ou en utilisant des périodes d'échantillonnage à long terme qui ne fournissent pas d'informations suffisamment détaillées à de courts intervalles de temps.
Des études antérieures menées par d'autres groupes de recherche ont signalé des communautés de bioaérosols basées sur la culture ou l'amplification de gènes, qui entraînent tous deux des biais substantiels et des agrégats de temps, sans toutefois atteindre une résolution temporelle qui aurait permis d'observer le cycle quotidien des micro-organismes en suspension dans l'air.
Membre de l'équipe Dr Elena Gusareva, un chercheur postdoctoral à NTU a déclaré que l'échelle et la profondeur sans précédent de l'analyse et de la classification, a permis à l'équipe d'identifier plus de 1, 200 espèces bactériennes et fongiques qui effectuent un modèle changeant de composition de la communauté microbienne.
Les recherches en cours à NTU envisagent maintenant d'utiliser la même méthode pour analyser les bioaérosols à l'échelle mondiale sur d'autres sites, ce qui pourrait donner des tendances similaires en termes de suivi du cycle journalier.
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