De NTU-wetenschappers gebruikten een nieuw protocol voor bemonstering en DNA-sequentiebepaling van microbiële gemeenschappen in de lucht van Singapore. Ze ontdekten dat de samenstelling van de microbiële gemeenschap in de tropische lucht voorspelbaar verandert, met bacteriën die overdag domineren en 's nachts schimmels.
Dit dag-nachtpatroon en de diversiteit van micro-organismen in de lucht in de nabije oppervlakteatmosfeer was voorheen onbekend, aangezien de atmosfeer technologisch uitdagend is om te bestuderen, waardoor het het meest onderontwikkelde ecosysteem op planetaire schaal is, in vergelijking met land- en zee-ecosystemen.
De nieuwe kennis over tropische bio-aerosolen - kleine deeltjes in de lucht bestaande uit schimmels, bacteriën en plantaardig materiaal - wordt deze week gerapporteerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .
In het onderzoekspaper onder leiding van NTU genomics-professor Stephan Schuster, het team meldde dat tropische lucht een microbiële diversiteit had met een vergelijkbare complexiteit als andere goed bestudeerde ecosystemen, zoals zeewater, bodem, en de menselijke darm.
Deze bioaerosolgemeenschappen (deeltjes van biologische oorsprong in de lucht) hebben een onverwacht hoog aantal bacterie- en schimmelsoorten, en ze volgen een diel-cyclus (een 24-uurs dag- en nachtcyclus) waarvan wetenschappers denken dat deze wordt aangedreven door omgevingscondities zoals vochtigheid, regenen, zonnestraling en koolstofdioxidegehalte.
Ze vertonen ook een grotere variatie in samenstelling binnen een dag dan tussen dagen of zelfs maanden. Deze robuuste gemeenschapsstructuur zorgt voor voorspelbaarheid op lange termijn, ondanks variaties in de luchtstroom en moessonwinden in de tropische seizoenen.
Professor Schuster, die onderzoeksdirecteur is bij SCELSE, zei dat het vermogen om bioaerosolen te analyseren inzicht geeft in vele aspecten van het stadsleven die van invloed zijn op ons dagelijks leven en het menselijk welzijn. Het geeft ook inzicht in de interacties tussen atmosferische, terrestrische en aquatische planetaire ecosystemen, wat bijzonder waardevol is tijdens klimaatverandering.
Onze huidige studie suggereert dat temperatuur ook een wereldwijde aanjager is van de dynamiek van microbiële gemeenschappen voor de atmosfeer nabij het oppervlak. Een dergelijk begrip is van fundamenteel belang om de duurzaamheid van ecosystemen in stedelijke omgevingen en daarbuiten te waarborgen.
lokaal, inzicht in de dynamiek van bio-aerosolen zal ook de manier waarop we omgaan met onze omringende atmosfeer informeren, zoals het effect van de luchtkwaliteit binnenshuis, mechanische ventilatie en vervuiling van de luchtmicrobiomen die ons omringen. Verder, onze studie biedt belangrijke en broodnodige inzichten in bioaerosolen in een tropische omgeving, gezien het feit dat bestaande studies uitsluitend betrekking hebben op gematigde klimaten."
Stephan Schuster, NTU-hoogleraar genomics
Gemiddeld, mensen ademen dagelijks 11 kubieke meter lucht in (11 duizend liter), die in de tropen overdag zo'n 50 duizend cellen van het organisme zou kunnen bevatten, maar 30 tot 100 keer dat bedrag 's nachts.
De wetenschappers zeggen dat ze het effect van microbiële gemeenschappen in de lucht op het milieu en de menselijke gezondheid beginnen te begrijpen. met de meest directe impact op patiënten met aandoeningen van de luchtwegen. Verder, schade aan landbouwgewassen kan op lange termijn worden vermeden, aangezien veel van de gedetecteerde organismen plantpathogenen of houtrotschimmels zijn.
De bevindingen hebben het onderzoeksteam ertoe gebracht een doorlopend interdisciplinair onderzoeksproject te starten tussen SCELSE en NTU's Lee Kong Chian School of Medicine op het gebied van de gezondheid van de luchtwegen.
Samen met klinische experts onder leiding van respiratoir arts Assistant Professor Sanjay Chotirmall, Provost's leerstoel in moleculaire geneeskunde, het gezamenlijke team beoordeelt hoe bioaerosolen patiënten met bronchitis beïnvloeden, chronische obstructieve longziekte en ernstige astma.
Het onderzoeksteam heeft een reeks luchtmonstercollectoren opgezet op een dak op de NTU-campus, die gedurende vijf dagen om de twee uur monsters verzamelde (180 monsters per tijdreeks). Ditzelfde experiment werd gedurende 13 maanden elke drie maanden herhaald, waaronder de twee moessonseizoenen van Singapore.
Biomassa in de lucht werd verzameld door lucht door een elektrostatisch filter te pompen dat deeltjes vasthoudt met een bereik van 0,5 tot 10 micrometer (respectievelijk ongeveer 50 keer tot 10 keer kleiner dan de gemiddelde dikte van een mensenhaar). Eerder, luchtmonsters moesten weken of maanden aggregeren om voldoende materiaal voor analyse te verzamelen.
Door het nieuwe DNA-sequencingprotocol met ultralage biomassa, ontwikkeld door het NTU-onderzoeksteam, veel kleinere luchtvolumes kunnen worden geanalyseerd, waardoor het voor het eerst mogelijk is om uurlijkse veranderingen in de samenstelling van het luchtmicrobioom te bestuderen.
Alle bioaerosolen werden geclassificeerd op basis van hun DNA-overeenkomsten en -verschillen, waardoor identificatie op soortniveau van organismen in de lucht mogelijk werd na vergelijking met bestaande DNA-sequentiedatabases.
De onderzoekers overtroffen het niveau van identificatie van bioaerosolen dat eerder door wetenschappers werd bereikt, zonder de noodzaak om DNA te amplificeren of gebruik te maken van langdurige bemonsteringsperioden die op korte tijdsintervallen onvoldoende gedetailleerde informatie opleveren.
Eerdere studies door andere onderzoeksgroepen hebben bioaerosolgemeenschappen gerapporteerd op basis van ofwel cultivatie ofwel genamplificatie, die beide aanzienlijke vooroordelen en aggregaten van tijd met zich meebrengen, zonder echter een temporele resolutie te bereiken die het mogelijk zou hebben gemaakt om de dagelijkse kringloop van micro-organismen in de lucht te observeren.
Teamlid Dr. Elena Gusareva, een postdoctoraal onderzoeker bij NTU zei de ongekende schaal en diepte van analyse en classificatie, stond het team toe om meer dan 1 te identificeren 200 bacterie- en schimmelsoorten die een veranderend patroon van microbiële gemeenschapssamenstelling vertonen.
Lopend onderzoek bij NTU kijkt nu naar het gebruik van dezelfde methode om bioaerosolen wereldwijd te analyseren op andere locaties, wat vergelijkbare trends zou kunnen opleveren in termen van het volgen van de dielcyclus.
Microbioom kan helpen bij het identificeren van pre-kankerrisico bij vrouwen met HPV
Darmmicrobioom kan een rol spelen bij ernstige COVID-19
Rotavirus speelt rol bij ontwikkeling van type 1 diabetes
Longmicroben kunnen helpen bij het voorspellen van resultaten bij ernstig zieken
Patiënten die immuuntherapie krijgen, zouden meer vezels moeten consumeren,
Studie koppelt consumptie van gefermenteerde groenten aan lage COVID-19-sterfte
Zure pH verhoogt SARS-CoV-2-infectie door ACE2-receptor op te reguleren
De aanhoudende pandemie van de coronavirusziekte 2019 (COVID-19) die wordt veroorzaakt door een nieuw coronavirus, namelijk, ernstig acuut respiratoir syndroom coronavirus 2 (SARS-CoV-2), heeft wereld
Nieuw ontdekte grote fagen vervagen de grens tussen leven en niet-leven
Een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Natuur laat zien dat er letterlijk honderden virussen zijn die groot genoeg zijn om bacteriën te consumeren, en met eigenschappen die typisch zijn v
Plantaardig voedsel kan antibioticaresistente superbacteriën op mensen overbrengen
Onderzoekers van de University of Southern California (USC) hebben op de jaarlijkse bijeenkomst van de American Society for Microbiology onthuld dat plantaardig voedsel mogelijk antibioticaresistentie