Mariene microben spelen een belangrijke rol in de productiviteit en het functioneren van onze oceanen, maar wetenschappers die hun gedrag bestuderen, staan ​​voor veel uitdagingen.

Traditionele oceanografische instrumenten bemonsteren grote hoeveelheden zeewater (tot tientallen liters), maar microbiële interacties vinden plaats op microliterschaal.

Ingenieurs en microbiologen in Australië, de VS en Zwitserland hebben een uniek partnerschap gevormd om deze beperkingen te overwinnen. Het team heeft een apparaat ontwikkeld waarmee microbiële ecologen microbieel gedrag in hun natuurlijke omgeving kunnen onderzoeken.

Het nieuwe apparaat maakt gebruik van recente ontwikkelingen op het gebied van microfabricage en microfluïdische technieken die ook een scala aan mogelijkheden openen voor biomedisch onderzoek en biomonitoring van de waterkwaliteit. De ontwikkeling, testen en eerste veldresultaten van het apparaat, bekend als de In Situ Chemotaxis Assay (ISCA), zijn gepubliceerd in Natuur Microbiologie .

"Tot nu toe was er echt geen manier om het gedrag van mariene microben ten opzichte van bepaalde chemicaliën in situ te onderzoeken, ", zegt marien microbioloog en co-hoofdauteur dr. Jean-Baptiste Raina.

Dr Raina, van het Climate Change Cluster van de University of Technoloy Sydney (UTS), zegt dat net zoals sommige mensen aangetrokken worden door de geur van voedsel of parfums, microben worden aangetrokken door specifieke chemicaliën.

"Dit gedrag wordt chemotaxis genoemd en het is belangrijk omdat zeewater niet homogeen is. De wereld op microschaal die microben bewonen is ongelooflijk fragmentarisch, met een aantal processen die leiden tot hotspots voor nutriënten, en het is in deze micro-omgevingen waar alle microbiële actie plaatsvindt."

MIT-ingenieur Ben Lambert, ook een co-hoofdauteur, zegt, "Met de ISCA openen we echt de deur om dit gedrag in de natuurlijke omgeving te kunnen ondervragen. Onze eerste bevindingen hebben aangetoond dat chemotaxis plaatsvindt onder mariene microben en dit bevestigt vele jaren van laboratoriumexperimenten en hypothesen die over dit gedrag naar voren zijn gebracht in de oceaan."

De ISCA is een van de eerste experimentele apparaten die micro-engineering combineert met genomische en chemische analyses in de natuurlijke omgeving. Het apparaat voor eenmalig gebruik, ongeveer zo groot als een creditcard, is gemaakt van inerte materialen en bestaat uit reservoirs ter grootte van een microliter. Deze kunnen worden gevuld met verschillende chemicaliën die vervolgens in het omringende zeewater diffunderen.

Microben kunnen reageren op een specifieke chemische stof door chemotaxis te gebruiken om in de put te zwemmen. De onderzoekers kunnen de inhoud van het reservoir achterhalen en tellen hoeveel microben op een bepaalde chemische stof reageren en hun identiteit en functie bepalen.

Professor Roman Stocker, die pionierde met microfluïdische milieutechnologie, zegt dat het apparaat profiteert van snelle vooruitgang in 3D-printen en is ontworpen om robuust te zijn, makkelijk te maken en makkelijk in gebruik.

"Dit betekent dat het toegankelijk zal zijn voor een brede gebruikersbasis en geen uitgebreide training vereist. Dit is een cruciaal aspect van het ontwerp als we hopen op een sterke acceptatie door wetenschappers in alle velden, " hij zegt.

De auteurs zijn van mening dat met zijn gebruiksgemak en zijn ontwerp om de kloof tussen aquatische chemie en microbiologie te overbruggen met in situ observaties, het zal van groot belang zijn voor de bredere wetenschappelijke gemeenschap.

Universitair hoofddocent Justin Seymour zegt dat de "innovatieve tool zal helpen om onze perceptie van microbiële processen in een reeks aquatische habitats opnieuw vorm te geven".

"We denken dat de toepassing ervan zal helpen om fundamentele vragen in microbiële oceanografie te beantwoorden. Het zal mogelijk ook nuttig zijn in andere omgevingen, waaronder monitoring van de waterkwaliteit en prospectie naar organismen die kunnen helpen bij inspanningen voor bioremediatie, " hij zegt.