_ Ecosistemele fabricate ar putea conduce la culturi bioenergetice mai bune

O mai bună înțelegere a modului în care plantele și microbii lucrează împreună pentru a stoca cantități mari de carbon atmosferic în sol va ajuta la proiectarea unor culturi bioenergetice mai bune pentru lupta împotriva schimbărilor climatice.

Descifrarea mecanicii acestei relații reciproc avantajoase este totuși o provocare, deoarece condițiile din natură sunt extrem de dificile de reprodus pentru oamenii de știință în laborator. Pentru a face față acestei provocări, cercetătorii de la Laboratorul Național Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) au creat ecosisteme fabricate sau EcoFAB.

Într-o nouă lucrare din Science Advances, ei arată cum ar putea aceste camere de creștere din plastic de mărimea unei cutii de mâncare. să ofere oamenilor de știință din întreaga lume o platformă standardizată și reproductibilă pentru efectuarea de experimente pe plante model și microbii care trăiesc în jurul rădăcinilor lor.

Acest lucru ar putea, la rândul său, să accelereze cercetarea în dezvoltarea de culturi bioenergetice îmbunătățite, capabile să cresc în soluri sărace în nutrienți și absoarbe mai mult carbon din atmosferă decât este posibil în prezent.

„Ideea generală din spatele EcoFAB este că există o nevoie reală de o platformă în cercetarea microbiomului vegetal care să permită oamenilor de știință să împărtășească date mai bine și se bazează pe munca celuilalt”, a spus Vlastimil Novak, autorul principal al lucrării și om de știință al proiectului în cadrul diviziei de genomică și biologie a sistemelor (EGSB) a laboratorului Berkeley.

„În acest moment, există aproximativ 20 de laboratoare care folosesc dispozitivele noastre, dar în cele din urmă ne-am dori să le facem mai accesibile pentru oricine din lume.”

Pentru studiu, Novak și colegii din laboratorul lui Trent Northen au folosit EcoFAB pentru a testa modul în care diferite forme de azot afectează producția de substanțe organice emanate de rădăcini în Brachypodium, o specie de iarbă mică folosită ca model pentru ierburile bioenergetice.

Azotul este esențial pentru creșterea plantelor, iar Novak a observat în literatură. că relația sa cu exsudația rădăcinilor sau tipurile de compuși produși de rădăcinile unei plante nu fuseseră bine explorate la această specie de iarbă.

El și colaboratorii săi au efectuat experimente furnizând Brachypodium diferite surse de azot - amoniu, nitrat sau o combinație - și modificări observate în compoziția exudatului rădăcină. Ei au descoperit că diferitele niveluri de azot au afectat tipul de compuși produși de rădăcini și că plantele au crescut cel mai bine atunci când au primit atât amoniu, cât și nitrat.

O descoperire interesantă a fost producția de dopamină doar în exsudatele rădăcinilor. când atât amoniul cât și nitratul erau prezenți împreună. Acest lucru sugerează că condițiile nutriționale specifice influențează producția anumitor metaboliți, care ar putea, la rândul lor, să afecteze creșterea plantelor.

„Rezultatele acestei cercetări pot informa practicile de gestionare a nutrienților, spunând fundamental că pentru Brachypodium sau ierburile similare. , este esențial să furnizați atât amoniu, cât și nitrat simultan pentru o creștere optimă”, a spus Novak. „Ne oferă, de asemenea, idei despre niște compuși organici destul de interesanți din microbiomul rădăcinii pe care să-i investighem în viitor.”

EcoFAB-urile ar putea fi combinate în cele din urmă cu progresele în robotică și învățarea AI pentru a crește viteza de descoperire în plante. cercetarea microbiomului în mod dramatic. O altă dezvoltare viitoare la Berkeley Lab este ceva numit EcoBOT, un sistem robotizat automat care poate rula experimente EcoFAB în mod autonom.

„În cele din urmă, am putea proiecta experimente pe un computer și apoi face totul pentru tu”, a spus Pete Andeer, un cercetător EGSB care a lucrat cu Northen la proiectarea EcoFAB. „Acesta ar fi scopul final: integrarea acestor dispozitive EcoFAB cu sistemul EcoBOT”.

Pe lângă faptul că oferă o multitudine de beneficii pentru oamenii de știință profesioniști, EcoFAB-urile își fac, de asemenea, amprenta în sala de clasă, unde sunt folosite atât de studenții de liceu, cât și de liceenii comunitari ca platformă de învățare în California.

Activitățile actuale de sensibilizare EcoFAB ale laboratorului Northen implică colaborări cu diverse instituții de învățământ, inclusiv licee locale și Colegiul Los Medanos.

Din 2020, elevii de liceu care participă la programul de ucenicie al directorului de laborator Berkeley au efectuat experimente folosind EcoFAB pentru a studia creșterea plantelor în diferite condiții de azot. Proiectul de cercetare continuă să fie un punct culminant al programului, mulți studenți devenind astfel interes pentru biologie și cercetarea de laborator.

„EcoFAB-urile ne-au permis să discutăm despre microorganisme în sala de clasă într-un mod care a conectat alte unități. ”, a spus Christina McGhee-Esquivel, profesoară de biologie la Skyline High School din Oakland, care a aflat despre EcoFAB atunci când era coleg de profesor în echipa K-12 a Berkeley Lab în 2021. „Acest lucru a fost incredibil de important pentru studenți să vadă nu doar modul în care cresc rădăcinile, dar să înțelegem comunitățile microbiene.”

Colaborările ulterioare cu organizații precum Biotech Partners urmăresc să introducă educația biotehnologică, inclusiv utilizarea EcoFAB, în liceele care servesc minorităților din zona Bay. În plus, sunt în curs de desfășurare discuții pentru integrarea EcoFAB-urilor în mai multă educație universitară la Los Medanos College, unde studenții vor avea ocazia să proiecteze și să efectueze din nou propriile experimente cu plante în vara anului 2024.

„Cercetarea nu este în mod tradițional. o parte din experiența colegiului comunitar, dar mulți dintre studenții noștri STEM vor să se transfere și să continue să facă cercetări sau să lucreze în laboratoare, stagii, astfel de lucruri”, a spus Jill Bouchard, profesor de biologie la Los Medanos College. „Este cu adevărat important pentru noi să le obținem experiență în cercetare. Și aceasta a fost o modalitate minunată de a face acest lucru.”

(Fluierul)