6.2 माइक्रोबियल समुदायों के अध्ययन के लिए उपकरण

समय के साथ माइक्रोबियल समुदाय कैसे बदलते हैं, और विशेष पर्यावरणीय परिस्थितियों में जीवों के कौन से समूह प्रबल होते हैं, ने सिस्टम घटकों के भीतर प्रतिकूल परिणामों की आशा करने के लिए तेजी से अवसरों की पेशकश की है और इस प्रकार बेहतर सेंसर और परीक्षणों के डिजाइन का नेतृत्व किया है मछली या पौधे संस्कृतियों में माइक्रोबियल समुदायों की प्रभावी निगरानी। उदाहरण के लिए, विभिन्न ‘ओमिक्स’ प्रौद्योगिकियां - मेटागेनॉमिक्स, मेटाट्रेन्स्क्रिप्टोमिक्स, सामुदायिक प्रोटीओमिक्स, मेटाबोलोमिक्स - शोधकर्ताओं को आरएएस, बायोफिल्टर, हाइड्रोपोनिक्स और कीचड़ डाइजेस्टर सिस्टम में माइक्रोबायोटा की विविधता का अध्ययन करने में तेजी से सक्षम बना रही हैं जहां नमूनाकरण में एक दिया जीनोम। विशेष रूप से prokaryotic विविधता का विश्लेषण, metagenomic और metatranscriptomic तकनीक द्वारा हाल के दशकों में काफी मदद की गई है। विशेष रूप से, 16S RRNA जीन के प्रवर्धन और अनुक्रम विश्लेषण, जीवाणु डीएनए में रिबोसोमल ऑपरेन्स flanking तटस्थ जीन दृश्यों के intraspecific संरक्षण के आधार पर, taxonomic वर्गीकरण और जीवाणु प्रजातियों की पहचान के लिए ‘स्वर्ण मानक’ माना गया है। इस तरह के डेटा का उपयोग महामारी और भौगोलिक वितरण को ट्रैक करने और बैक्टीरिया की आबादी और फिलोजेनियों (बोचेट एट अल 2008) का अध्ययन करने के लिए माइक्रोबायोलॉजी में भी किया जाता है। कार्यप्रणाली श्रम-गहन और महंगी हो सकती है, लेकिन हाल ही में स्वचालित सिस्टम, जबकि प्रजातियों और तनाव स्तर पर भेदभाव नहीं करते हैं, एक्वापोनिक्स सेटिंग्स में आवेदन के अवसर प्रदान करते हैं (श्माउट्ज़ एट अल। 2017)। हाल की समीक्षा 16S RRNA के अनुप्रयोगों को संक्षेप में प्रस्तुत के रूप में वे रास से संबंधित (मार्टिनेज-Porchas और वर्गास-अल्बोरेस 2017; Munguia-Fragozo एट अल. 2015; रूरंगवा और Verdegem 2015)। आरएएस और हाइड्रोपोनिक्स में पाए जाने वाले बैक्टीरिया के अलावा अन्य रोगाणुओं के मेटागेनॉमिक्स में अग्रिम समान तरीकों पर भरोसा करते हैं लेकिन इन माइक्रोबायोटा (मार्टिनेज-पोर्चास और वर्गासलबोर 2017) को चिह्नित करने के लिए 26 एस (yeasts) आरआरएनए क्लोन पुस्तकालयों के साथ संयोजन में 18 एस (यूकेरियोट्स), 26 एस (कवक) और वर्गासलबोर 2017) का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, विस्तृत आरआरएनए पुस्तकालयों का उपयोग हाइड्रोपोनिक्स में भी किया गया है ताकि rhizosphere (ओबर्गर और श्मिट 2016) में माइक्रोबियल समुदायों को चिह्नित किया जा सके। इस तरह के पुस्तकालयों एक्वापोनिक्स में विशेष रूप से उपयोगी हो सकते हैं, यह देखते हुए कि वे बैक्टीरिया, पुरातन, प्रोटोजोअंस और कवक जैसे सूक्ष्मजीवों के संयोजन की जांच कर सकते हैं और सिस्टम के भीतर परिवर्तनों पर प्रतिक्रिया प्रदान कर सकते हैं।

स्वचालित अगली पीढ़ी के अनुक्रमण (एनजीएस) के विकास ने जनसंख्या के नमूने (मेटागोनॉमिक्स) से जीनोम के डेटा विश्लेषण को भी सक्षम किया है जिसका उपयोग माइक्रोबायोटा को चिह्नित करने के लिए किया जा सकता है, अस्थायी स्थानिक फाइलोजेनेटिक परिवर्तन प्रकट कर सकते हैं और रोगजनकों का पता लगा सकते हैं। आरएएस में आवेदन में सुसंस्कृत मछली के बीच कुछ जीवाणु उपभेदों को ट्रैक करना और अन्य उपभेदों के वाहक को संरक्षित करते हुए जहरीले उपभेदों को दूर करना शामिल है (समीक्षा: (बेलिस एट अल। 2017)। मेटागेनोमिक दृष्टिकोण संस्कृति- और प्रवर्धन स्वतंत्र हो सकते हैं, जो पहले से अकल्पनीय प्रजातियों को उनके संभावित प्रभावों (मार्टिनेज-पोर्चास और वर्गास-अल्बोरेस 2017) के लिए जाना जाता है और जांच की अनुमति देता है। अगली पीढ़ी के अनुक्रमण तकनीक आमतौर पर अनुवर्ती metatranscriptomics विश्लेषण के साथ संयंत्र माइक्रोबायोलॉजी में उपयोग किया जाता है। एक उत्कृष्ट उदाहरण rhizosphere में माइक्रोबियल समुदायों का पहला पूरा संयंत्र अध्ययन है, जिसमें रूट exudates विकास चरणों (Knief 2014) के साथ सहसंबंधित करने के लिए दिखाए गए थे।

एक विशेष जीवाणु प्रजातियों का अध्ययन करते समय प्रोटीओमिक्स सबसे उपयोगी होता है या विशिष्ट पर्यावरणीय परिस्थितियों में तनाव होता है ताकि इसकी रोगजनिकता या सहजीवन में संभावित भूमिका का वर्णन किया जा सके। फिर भी, सामुदायिक प्रोटीओमिक्स में प्रगति होती है जो पूर्व मेटागोनिक अध्ययनों पर निर्माण करती हैं और पहचानने के लिए विभिन्न जैव रासायनिक तकनीकों का उपयोग करती हैं, उदाहरण के लिए, कमेंसल या सहजीवी माइक्रोबियल समुदायों से जुड़े स्रावित प्रोटीन, और एनजीएस प्रौद्योगिकियों की क्षमता के रूप में आगे संभावनाएं बढ़ती हैं तेजी से अग्रिम (समीक्षा: (Knief एट अल 2011.)।

मेटाबोलोमिक्स जीन के कार्यों की विशेषता है, लेकिन तकनीक ऑर्गेनिस-विशिष्ट या अनुक्रम-निर्भर नहीं हैं और इस प्रकार जीवों, ऊतकों, कोशिकाओं या सेल डिब्बे में सेलुलर जैव रसायन के अंत उत्पादों वाले चयापचयों की विस्तृत श्रृंखला प्रकट कर सकते हैं (यह निर्भर करता है कि कौन से नमूने का विश्लेषण किया जाता है)। फिर भी, विशेष रूप से पर्यावरण की स्थिति (microcosms) के तहत माइक्रोबियल समुदायों के मेटाबोलोम के बारे में ज्ञान पोषक तत्वों के जैव रासायनिक साइकिल चालन और परेशानियों के प्रभाव के बारे में एक बड़ा सौदा पता चलता है। इस तरह के ज्ञान में विभिन्न चयापचय मार्गों और नमूने में मौजूद चयापचयों की सीमा होती है। बाद में जैव रासायनिक और सांख्यिकीय विश्लेषण शारीरिक राज्यों को इंगित कर सकते हैं जो बदले में पर्यावरण मानकों के साथ सहसंबद्ध हो सकते हैं जो जीनोमिक या प्रोटीओमिक दृष्टिकोण से स्पष्ट नहीं हो सकता है। फिर भी, जीन फ़ंक्शन अध्ययन के साथ मेटाबोलोमिक्स के संयोजन में एक्वापोनिक्स शोध को आगे बढ़ाने में जबरदस्त क्षमता है; समीक्षा देखें (वैन बांध और बोउमेस्टर 2016)।