Uill Ferqyuson, Lorens Berkli Milli Laboratoriyası tərəfindən

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

EcoFAB 2.0-ı əlcəkli əl idarə edir EcoFAB 2.0, Brachypodium distachyon kimi kiçik model bitkiləri yerləşdirə bilər və əksər laboratoriyalarda mövcud olan avtomatlaşdırılmış sistemlərlə uyğun gəlir. Mənbə: Thor Swift/Berkeley Lab

Süni intellektin gücündən istifadə edərək bitki mikrobiomlarını — bitkilərin içində və ətrafında yaşayan mikrob icmalarını — öyrənmək torpağın sağlamlığını yaxşılaşdırmağa, məhsuldarlığı artırmağa və deqradasiyaya uğramış torpaqları bərpa etməyə kömək edə bilər. Lakin bir problem var: süni intellektdən öyrənmək üçün çoxlu sayda etibarlı məlumatlara ehtiyac var və bitki-mikrob qarşılıqlı təsirləri haqqında bu cür ardıcıl məlumat əldə etmək çətin olub.

PLOS Biology jurnalında yeni bir məqalədə , Lourens Berkli Milli Laboratoriyasının (Berkli Laboratoriyası) Bioelmlər Sahəsindəki tədqiqatçılar, EcoFAB adlanan kiçik plastik böyümə kameralarının bu problemi həll etməyə kömək edib-etməyəcəyini araşdırmaq üçün beynəlxalq alimlər konsorsiumuna rəhbərlik etdilər.

Mikrobsuz bitkilərlə əvvəlki işlərinə əsaslanaraq, alimlər Berkeley Laboratoriyası tərəfindən hazırlanmış cihazlardan istifadə edərək üç qitədəki laboratoriyalarda eyni bitki-mikrob təcrübələri apardılar və uyğun nəticələr əldə etdilər. Bu irəliləyiş göstərir ki, EcoFAB-lar mikrobiom tədqiqatlarındakı ən böyük maneələrdən birini – təcrübələrin müxtəlif yerlərdə təkrarlanmasının çətinliyini aradan qaldıra bilər.

“Hamımız “pis məlumatlar daxil olur, pis məlumatlar çıxır” deyimini bilirik”, – deyə məqalənin ilk müəllifi və Berkeley Laboratoriyasının Ətraf Mühit Genomikası və Sistem Biologiyası (EGSB) bölməsinin tədqiqatçısı Vlastimil Novak bildirib. “Mikroblar və bitkilər haqqında, xüsusən də gələcək süni intellekt modelləri ilə bağlı mənalı proqnozlar vermək istəyirsinizsə, təmiz və ardıcıl məlumat dəstlərinə ehtiyacınız var. EcoFAB-lar məhz bunu təmin edir.”Şəkildə rizosfer mikrobiomu və metabolomunu öyrənmək üçün əməkdaşlıq edən beş laboratoriyadan ibarət qlobal mərkəzləşdirilmiş şəbəkə göstərilir. Müəllif: Kent Leech

Tədqiqatın həmmüəllifi, Birgə Genom İnstitutunda (JGI) Bitki Funksional Genomika Qrupuna rəhbərlik edən Con Vogel əlavə edib ki, iş model otlara illərlə qoyulan investisiyalara əsaslanır. JGI, Berkli Laboratoriyasında yerləşən Energetika Nazirliyinin Elm Ofisinin milli istifadəçi obyektidir.

Vogel dedi: “Bu layihə, mikrobiomu, ətraf mühiti və hətta bitkinin genetikasını idarə edə biləcəyimiz bir sistem yaratmaq üçün JGI-nin Brachypodium üçün hazırladığı resurslardan istifadə edir. Bu, onu təkrarlana bilən inteqrativ elm üçün güclü bir platformaya çevirir.”

Ümumdünya sınaq

EGSB tədqiqatçısı Peter Andeer, alimlərin bitkiləri nəzarətli şəkildə yetişdirməsinə imkan vermək üçün aparma qabı ölçüsündə sadə şəffaf qutular olan EcoFAB cihazlarını hazırladı. Bu layihə üçün Novak və həmkarları Chapel Hilldəki Şimali Karolina Universitetində Jeff Dangl, Almaniyadakı Maks Plank Bitki Yetişdirmə Tədqiqatları İnstitutunda Paul Schulze-Lefert, Almaniyadakı Jülich Tədqiqat Mərkəzində Borjana Arsova və Avstraliyadakı Melburn Universitetində Mişel Vattın rəhbərlik etdiyi laboratoriyalara EcoFAB dəstləri və ətraflı protokollar təqdim etdilər. Hər dəst eyni toxumlar, eyni 16 və ya 17 mikrob dəsti və addım-addım təlimatlarla gəldi.

Dangl bildirib ki, “Kənd təsərrüfatında faydalı mikrobları yerləşdirmək onları torpağa əlavə etmək qədər sadə deyil. Onlar sağ qalmalı, bitkinin içərisində yerləşməli və mövcud mikrob icmaları ilə birlikdə işləməlidirlər. EcoFAB Ring Sınaqları bizə müxtəlif mühitlərdə inkişaf edən mikrobların necə dizayn ediləcəyini anlamağa kömək edir.”

Bu tip tədqiqatlara ehtiyac EGSB Bölməsinin baş alimi Trent Northenin təşkil etdiyi bir neçə seminarda əsas suala cavab tapmaq üçün vurğulandı: mikrobiom təcrübələrini standartlaşdırılmış və təkrarlana bilən şəkildə necə həyata keçirə bilərik? Əslində, bu, lojistik bir çətinlik idi. Canlı mikrobların xaricə daşınması üçün sənəd yığınları, ciddi təhlükəsizlik qaydaları və demək olar ki, gülməli miqdarda quru buz tələb olunurdu.

Novak dedi: “Sadəcə iki kiçik mikrob borusu 50 funt quru buzla doldurulmalı idi və hətta o zaman da bir yük gömrükdə əridildi”.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Baş ağrılarına baxmayaraq, hər bir laboratoriya EcoFAB-larda bitki yetişdirməyi, onları mikroblarla peyvənd etməyi və Berkeley Laboratoriyasına sınaq üçün nümunələr göndərməyi bacardı.

Tədqiqat üçün tədqiqatçılar iki mikrob icmasının təsirlərini müqayisə etdilər: biri 16 növ bakteriya, digəri isə 17 növ bakteriya ilə. Yeganə fərq, xüsusilə aqressiv kök kolonizatoru olan Paraburkholderia sp. OAS925-in olması idi.

Hər laboratoriyada bu mikrob daxil edildikdə bitkinin kök mühitini ardıcıl olaraq ələ keçirdi. Mikrob olan bitkilər, mikrob olmayan bitkilərə nisbətən bir qədər kiçik böyüdü – bu, üç qitədə aydın və təkrarlana bilən bir nəticədir.

Alimlər həmçinin bitki kökləri tərəfindən ifraz olunan, mikrobların qidalandığı və köklərlə mikroblar arasında “kimyəvi dil” rolunu oynadığı kiçik molekullar olan kök ekssudatlarını da araşdırdılar . Komanda ixtisaslaşmış alətlərdən istifadə edərək onlarla bu kimyəvi maddəni ölçdü və əksər nümunələrin laboratoriyalarda eyni olduğunu aşkar etdi ki, bu da təcrübələrin təkrarlana biləcəyini sübut etdi.

Dopamin kimi bir neçə qeyri-sabit birləşmə daha çox dəyişkənliyə malik idi və bəzi böyümə kameraları gözləniləndən daha isti və ya soyuq idi və bu da bitki ölçüsündə kiçik fərqlərə səbəb oldu. Lakin ümumi mənzərə aydın idi: EcoFAB-lar dünya miqyasında ardıcıl nəticələr verdi.

Jülich Tədqiqat Mərkəzinin həmmüəllifi Borjana Arsova bildirib ki, “EcoFAB-ın unikal dizaynı bizə müxtəlif mürəkkəblik səviyyələrinə malik çoxsaylı qarşılıqlı əlaqə tərəfdaşlarını dünya miqyasında laboratoriyalarda təkrarlana bilən şəkildə izləməyə imkan verir. Böyümə şərtlərini dəqiq şəkildə idarə edə və zamanla inkişafı izləyə bildiyimiz üçün bu çoxistiqamətli əlaqələri açmağa başlaya və nəticədə bu bilikləri kənd təsərrüfatını inkişaf etdirmək üçün tətbiq edə bilərik.”

Təkrarlanma maneəsini aşmaq

Bitki mikrobiomları əkinçilikdə və ətraf mühitdə mühüm rol oynayır. Düzgün mikroblar bitkilərin xəstəliklərlə mübarizə aparmasına, zəif torpaqda böyüməsinə və torpaq üzvi maddələrinin əmələ gəlməsinə kömək edə bilər. Lakin onları öyrənmək üçün ortaq bir sistem olmadığı üçün fərqli laboratoriyaların nəticələrini müqayisə etmək çox vaxt çətin olub.

EcoFAB-lar bitki mikrobiomları üçün “model sistemi” kimi hərəkət edərək bunu dəyişdirir – meyvə milçəklərinin genetikanı dəyişdirməsi və ya Arabidopsis bitkisinin bitki biologiyasında inqilab etməsi kimi. Hər yerdə elm adamları eyni alətdən istifadə etdikdə, kəşflər daha sürətli cəmləşə bilər.

Avstraliyada EcoFAB təcrübələrinə rəhbərlik edən Vatt bildirib ki, bu irəliləyiş çoxdan gözlənilən idi. Vatt deyib: “Bitki-mikrobiom faydalarının sahəyə tərcüməsi yavaş olub, çünki nəticələr laboratoriyalar arasında çox dəyişir. Bu qlobal tədqiqat göstərir ki, EcoFAB-lar təkrar istehsal maneəsini aşır.”

Süni intellektlə yanacaq doldurma

Böyük və etibarlı məlumat dəstləri yaratmaq qabiliyyəti süni intellekt üçün xüsusilə dəyərlidir. Süni intellekt təlimi ardıcıl məlumat tələb edir. EcoFAB-larla elm adamları süni intellektə mikrobların bitkilərə necə təsir etdiyi barədə təmiz məlumatlar verə və real dünyada nələrin baş verə biləcəyini proqnozlaşdıran modellər qurmağa başlaya bilərlər.

Norten bildirib ki, “Bu tədqiqat həmçinin bitki-mikrobiom tədqiqatları üçün laboratoriyalar arasında eksperimental variasiyalar haqqında ilk məlumatlardan bəzilərini təqdim edir ki, bu da birdən çox laboratoriyadan məlumatları birləşdirən süni intellekt modellərində nəzərə alınması vacib olacaq”.

İcma üçün alətlər

EcoFAB 2.0 cihazlarına alimlər JGI-nin İcma Elmi Proqramı və İstifadəçi Elmi üçün İnteqrasiya Edən Əməkdaşlıqlar (FICUS) vasitəsilə pulsuz olaraq daxil ola bilərlər. Bu təşəbbüslər layihələrin elmi dəyərinə və DOE-nin aktuallığına görə seçildiyi təklif əsaslı təşəbbüslərdir. 17 mikrob qarışığı DSMZ-German Collection of Microorganisms and Cell Cultures GmbH-dən sifariş edilə bilər və ətraflı təlimatlar – izahlı videolarla birlikdə – onlayn olaraq mövcuddur .

Yeni tədqiqatın məlumatları həmçinin Milli Mikrobiom Məlumatları Əməkdaşlığı vasitəsilə sərbəst şəkildə əldə edilə bilər və bu da gələcək tədqiqatçılara öz təcrübələrini müqayisə etmək üçün bir meyar verir. Layihə, Berkeley Laboratoriyasının əməkdaşlıq və innovasiya kimi əsas dəyərlərini əks etdirir və problemləri həll etmək üçün təcrübəyə malik komandaları birləşdirir.

İrəliyə baxıram

Daha sonra, komanda bu tip təcrübələr üçün özünü idarə edən laboratoriya yaratmaq məqsədilə EcoFAB-ları robototexnika və qabaqcıl sensorlarla birləşdirməyə ümid edir. Mövcud sistem olan “EcoBOT”, bir gün yüksək keyfiyyətli məlumat axınları yaradaraq təcrübələri avtomatik olaraq həyata keçirə bilər.

Əsas məqsəd bioenerji məhsullarının böyüməsini və torpaq sağlamlığını təşviq edən faydalı mikrob icmaları yaratmaqdır.

Maks Plank İnstitutundan Paul Şulze-Lefert bildirib ki, “Ciddi elm eyni sualı verərkən ardıcıl nəticələr əldə etmək deməkdir. Üç qitədəki laboratoriyalardan məlumat toplamaqla bu iş bitki mikrobiom tədqiqatlarında təkrar istehsal olunmanın mümkün olduğunu göstərir – bu, real dünya kənd təsərrüfatı üçün mikrobial probiotiklərin hazırlanması istiqamətində vacib bir addımdır.”

Nəşr detalları

Vlastimil Novak və digərləri, Bitki-mikrobiom tədqiqatı üçün standartlaşdırılmış protokollarla təkrar istehsal maneəsini aşmaq, PLOS Biology (2025). DOI: 10.1371/journal.pbio.3003358

Jurnal məlumatları: PLoS Biologiyası 

Lourens Berkli Milli Laboratoriyası tərəfindən təmin edilib