Voer bodembacteriën een chemisch gewijzigd aminozuur en je kunt zien welke soorten actief zijn en welke niet. En dus ook hoe bemesting en andere milieufactoren die activiteit beïnvloeden, schrijven Estelle Couradeau, Trent Northen en collega’s van Berkeley Lab in Nature Communications.

Als aminozuur gebruiken ze homopropargylglycine (HPG), een niet-natuurlijke verbinding met een alkyngroep aan een van de uiteinden. De natuurlijke eiwitsynthese blijkt HPG niet te kunnen onderscheiden van het natuurlijke aminozuur methionine, en verwerkt het dus in eiwitten op plekken waar eigenlijk methionine hoort te zitten.

Voor het functioneren van die eiwitten lijkt dat weinig uit te maken. Maar voeg je vervolgens een azidehoudende fluorescente kleurstof toe, dan zal die zich via klassieke alkyn-azide-klikchemie trefzeker hechten aan HPG-bouwstenen in een willekeurig eiwit.

Voor zover bekend verwerken alle levende wezens methionine in hun eiwitten. Als er eentje gaat fluoresceren, verraadt dat niet tot welke soort hij behoort. Wel dat hij voldoende actief is om verse eiwitten te produceren en daar het zojuist toegediende HPG in te verwerken. En dat is precies wat je in dit stadium wilt weten.

De volgende stap is dat je de fluorescerende bacteriën scheidt van de niet-fluorescerende met behulp van fluorescence-activated cell sorting (FACS), een vorm van flowcytometrie. Tot slot extraheer je uit alle fluorescerende exemplaren het DNA en haalt het door de sequencer. Aan de hand van bepaalde karakteristieke sequenties kun je dan zien welke bacteriegeslachten er tussen zaten.

Tot nu toe was dat onderscheid tussen actief en niet-actief niet te maken. Met de sequencer vond je het DNA van alle aanwezige bacteriën, of ze nu actief, slapend of morsdood waren. Op kweek zetten en kijken wat er doorgroeide hielp ook niet, omdat veel bodembacteriën zich überhaupt niet laten kweken. Maar de processen, die zich in de bodem afspelen, zijn lastig te begrijpen zolang je niet weet welke soorten er actief aan meedoen.

Om te beginnen hebben Couradeau en collega’s twee monsters vergeleken die op dezelfde locatie waren genomen op respectievelijk 30 en 76 cm diepte. Je ziet dan al meteen een verschil: op grotere diepte zijn duidelijk meer cellen actief zodat de HPG-fluorescentie sneller zichtbaar wordt.

Wat ook opvalt is dat op beide dieptes zeker 20% van alle cellen actief lijkt te zijn. Eerdere onderzoeken suggereerden dat het hooguit 2% was. Mogelijk komt dit doordat toen niet naar de eiwitproductie is gekeken maar naar de celdeling, die ook bij actieve cellen heel langzaam kan verlopen.

Het labelen met HPG is overigens niet nieuw. Het heet bioorthogonal non-canonical amino acid tagging, afgekort BONCAT, en het is in 2006 geïntroduceerd door Caltech-onderzoekers. De combinatie met FACS is ook al eerder gebruikt, maar dan voor het identificeren van actieve bacteriën in waterbodems. De toepassing bij de analyse van ‛droge’ bodemmonsters is voor zover bekend wél nieuw.

bron: Berkeley Lab