Lagerungsbedingungen von Bodenproben zur Erhaltung der Qualität des Bodenmaterials – #JournalClub no.056

Soil sample storage conditions impact extracellular enzyme activity and bacterial amplicon diversity metrics in a semi-arid ecosystem

Die Bodenlagerung von Proben ist ein wichtiger Bestandteil zur Erhaltung der Qualität des eingelagerten Materials. Unter Beachtung unterschiedlichster Lagertemperaturen und -möglichkeiten wurde in der folgenden Studie ermittelt, dass die Lagerung bei -80 °C die beste Methode ist, um die Enzymaktivität und die mikrobielle α- und β-Diversität aufrechtzuerhalten. Die Ergebnisse dieser Studie liefern wertvolle Informationen und zeigen, wie wichtig es ist, die Lagerungsbedingungen der Proben auch in Zukunft zu berücksichtigen.

LANE, Jenna M., et al. Soil sample storage conditions impact extracellular enzyme activity and bacterial amplicon diversity metrics in a semi-arid ecosystem. Soil Biology and Biochemistry, 2022, 175. Jg., S. 108858.

Aspekte der Bodenlagerung und ihre Anwendungsbereiche

Die Bodenmikrobiologie und die Stoffwechselmerkmale spielen eine wichtige Rolle in der Bodenökologie. Die Ergebnisse können durch die Lagerungsbedingungen der Bodenproben verändert werden und die Aktivitäten von extrazellulären Enzymen entscheidend beeinflussen.

Uneinheitliche Lagermethoden und die Lagerungsdauer der Proben in verschiedenen Studien schränken zudem die Möglichkeit ein, die Ergebnisse genau zu vergleichen und feldbasierte Messungen durchzuführen.

Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen verschiedener Lagerungsbedingungen und -zeiten auf die extrazelluläre Enzymaktivität und die bakterielle 16S rRNA-Amplikonsequenzierung anhand von Bodenproben zu untersuchen, die aus drei verschiedenen Landnutzungstypen in einer halbtrockenen Region der kanadischen Prärie entnommen wurden.

Probenentnahme und Durchführung des Experiments

Die Proben wurden im Juni 2019 von drei verschiedenen Landnutzungstypen entnommen, darunter eine langfristige kontinuierliche Weizenrotation, die in der Vergangenheit mit N-Dünger behandelt wurde (CW), einheimisches Weideland (NR) und ein Auwaldboden (RF). Die Proben wurden in einer Tiefe von 0-10 cm an sechs zufälligen Positionen innerhalb eines 5 m x 5 m großen Quadrats, bei jeder Landnutzungsart, entnommen.

Nach der Entnahme der Bodenmischproben wurden diese in Ziploc-Beuteln aufbewahrt und in einer Kühlbox mit Eis kühl gehalten. Die Bodenmischproben wurden von Hand homogenisiert und durch ein 2-mm-Sieb gegeben. Eine Teilprobe aus jeder Wiederholung wurde für Kontrollmessungen verwendet und sofort analysiert. Die Wiederholungsproben wurden weiter in fünf Lagerungsbereiche unterteilt, wobei für jeden Zeitpunkt Unterproben vorbereitet wurden.

Rahmenbedingungen der Probenlagerung

In der Studie wurden die Auswirkungen verschiedener Lagerungsbedingungen auf die extrazelluläre Enzymaktivität und die bakterielle 16S rRNA-Amplikonsequenzierung untersucht. Die Replikate wurden in fünf Lagerungsbedingungen unterteilt, darunter feldfeuchte Erde bei Raumtemperatur (∼21 °C), luftgetrocknete Erde bei Raumtemperatur, feldfeuchte Erde gekühlt bei 4 °C, feldfeuchte Erde gefroren bei -20 °C und feldfeuchte Erde gefroren bei -80 °C.

Diese Bedingungen wurden für 2 (T2), 7 (T7), 28 (T28) und 56 (T56) Tage beibehalten. Alle Behandlungen wurden im Dunkeln durchgeführt, um den Faktor der Verschlechterung der biologischen Eigenschaften des Bodens durch Licht auszuschließen. Die Kontrollproben wurden sofort nach Abschluss der Erstverarbeitung (d. h. <2 Stunden nach der Probenahme im Feld) analysiert oder wurden einer sofortigen DNA-Extraktion unterzogen.

Fluoreszierende MUB-verknüpfte Substrat-Enzym-Assays

Es wurden Assays zur Messung der Aktivitätskonzentrationen von fünf extrazellulären Enzymen durchgeführt, darunter saure Phosphatase (ACP), N-Acetyl-β-D-Glucosaminidase (NAG), β-Glucosidase (BG), α-Glucosidase (AG) und β-Xylosidase (BX). Die Tests wurden bei T0 durchgeführt, um die Ausgangskonzentrationen der Enzymaktivitäten zu ermitteln, und wurden bei T2, T7, T28 und T56 wiederholt.

Die Amplikon-Sequenzierung der mikrobiellen DNA

Die mikrobielle DNA wurde aus jeder Probe extrahiert, während die Enzymtests bei T0, T2, T7, T28 und T56 durchgeführt wurden. Die DNA-Extrakte wurden vor der Sequenzierung zur Langzeitlagerung bei -80 °C gelagert. Die Vorbereitung der Amplikonbibliothek und die Illumina MiSeq-Sequenzierung des bakteriellen 16S rRNA-Gens wurden wie von Delavaux et al. (2020) beschrieben durchgeführt und ergaben Paired-End-Reads von 2×250 bp.

Auswirkungen der Lagerungsbedingungen auf die Bodenproben

Die Studie ergab, dass die Lagerungsbedingungen beim Vergleich verschiedener Landnutzungsarten keinen signifikanten Einfluss auf die Enzymaktivitäten und Bakteriengemeinschaften haben. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Lagerungsbedingungen innerhalb einer einzigen Bodennutzungsart von Bedeutung sind.

Die Lufttrocknung von Bodenproben führte zu signifikanten Verschiebungen der Enzymaktivität und der β-Diversität im Vergleich zu den Kontrollen. Die Lagerung bei -80 °C war die beste Methode, um die Enzymaktivität und die mikrobielle α- und β-Diversität im Vergleich zu den Kontrollen (d. h. frisch gesammelter Boden) über alle drei Landnutzungstypen und Lagerungszeiten hinweg konstant zu halten. Die Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, die Lagerungsbedingungen der Proben in zukünftigen Studien zu berücksichtigen und zu berichten.

Bedeutsamkeit der Bodenlagerung – Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Studie darauf abzielte, die Auswirkungen der Lagerungsbedingungen auf die extrazelluläre Enzymaktivität und die bakterielle 16S rRNA-Amplikonsequenzierung anhand von Bodenproben zu untersuchen, die in einer halbtrockenen Region der kanadischen Prärie aus verschiedenen Bodennutzungsarten entnommen wurden.

Die Studie ergab, dass die Lagerungsbedingungen beim Vergleich von Enzymaktivitäten und bakteriellen Gemeinschaften in verschiedenen Landnutzungsarten keine signifikanten Auswirkungen haben dürften. Allerdings waren die Lagerungsbedingungen innerhalb einer einzigen Landnutzungsart von Bedeutung, wobei die Lufttrocknung von Bodenproben zu signifikanten Verschiebungen der Enzymaktivitäten und der β-Diversität gegenüber den Kontrollen führte.

Die Studie legt nahe, dass die Lagerung bei -80 °C die beste Methode ist, um die Enzymaktivität und die mikrobielle α- und β-Diversität im Vergleich zu den Kontrollen über alle drei Landnutzungstypen und Lagerungszeiten hinweg konstant zu halten. Die Ergebnisse dieser Studie liefern wertvolle Informationen für Forscher, die in ähnlichen Klimazonen arbeiten, und betonen, wie wichtig es ist, die Lagerungsbedingungen der Proben in zukünftigen Studien zu berücksichtigen und darüber zu berichten, um genaue Vergleiche und die Erfassung von feldbasierten Messwerten zu gewährleisten.

Prospektives Biobanking im Rahmen einer Studie zu low energy availability (LEA) – #JournalClub no.049

„Study protocol: prevalence of low energy availability and its relation to health and performance among female football players“

J. H. Rosenvinge et al., BMJ Open Sport Exerc. Med., Bd. 8, Nr. 1, S. e001219, Jan. 2022, doi: 10.1136/bmjsem-2021-001219.

LEA – Low energy availability bei weiblichen Spitzensportlern

Eine anhaltend niedriges Energielevel, bzw. low energy availability (LEA) ist mit verschiedenen, potenziell schwerwiegenden physiologischen und mentalen Zuständen verbunden. Publiziert wurde, dass LEA bei weiblichen Spitzensportlern im Ausdauersport weit verbreitet ist und die Gesundheit und Leistungsfähigkeit der Athletinnen untergräbt.

Studienprotokoll und Lagerung von Serum- und Plasmaproben (prospektives Biobanking)

Diese Veröffentlichung beschreibt ein Studienprotokoll, welches sich mit der Prävalenz, der Messung und den Korrelationen von LEA in Bezug auf Gesundheit und Leistung bei weiblichen Fußballspielern befasst. Außerdem werden Serum- und Plasmaproben der Probandinnen in einer Biobank gelagert, um für spätere Fragestellungen auf diese zurückgreifen zu können.

Vier Studien werden durchgeführt

  1. Zur Bewertung der Genauigkeit von GPS-basierten Geräten (Global Positioning Systems) zur Überwachung des Energieverbrauchs mit indirekter Kalorimetrie als Goldstandard,
  2. zur Bewertung der Energieaufnahme, Quantifizierung des Energieverbrauchs und Untersuchung der Energieverfügbarkeit durch Selbstbericht, doppelt markiertes Wasser (DLW) und GPS-Überwachungsgeräte,
  3. zur Bestimmung der Punktprävalenz von LEA mit Selbstbericht, DLW, Dual-Röntgen-Absorptiometrie (DXA) zur Quantifizierung von Muskel und Knochen Massenverteilung und -dichte sowie eine Reihe von Hormonanalysen und
  4. um zu untersuchen, ob die Prävalenz von LEA über eine komplette Fußballsaison variiert

Studienumfang

Messungen von DXA und DLW sind ressourcenintensiv und werden von einem professionellen Fußballklub (20 Frauen) erhoben. Im Gegensatz dazu werden die verbleibenden Daten von vier hochkarätigen Fußballklubs erhoben, die in der norwegischen ersten oder zweiten Liga (60 Frauen, Alter 16–34) in Bergen antreten. Die Teilnehmer müssen Blutproben für alle hormonellen Daten bereitstellen, die nach einer nächtlichen Fastenperiode (8–10 Stunden) gesammelt werden. Ein transvaginaler Ultraschall wird durchgeführt und bei Bedarf in Verbindung mit dem Serumtestosteron untersucht, um nach möglichen Symptomen polyzystischer Ovarien zu suchen.

Cryondo’s #JournalClub: no. 020

"Impact of Ambient Temperature Sample Storage on the Equine Fecal Microbiota"

Es ist bekannt, dass die Lagerungsbedingungen der Proben die fäkale Mikrobiota beeinflussen. De Bustamante et al. verglichen die sofortige Lagerung bei -80 °C mit der Lagerung bei Raumtemperatur und anschließendem Einfrieren nach 6, 12, 24, 48, 72 und 96 Stunden nach der Entnahme. Die Mikrobiota wurden durch Sequenzierung der V4-Region der 16S rRNA-Gene analysiert. Fibrobacteraceae (Fibrobacter) und Ruminococcaceae (Ruminococcus) waren in Proben von 0 und 6 Stunden angereichert, während Taxa aus den Familien Bacillaceae, Planococcaceae, Enterobacteriaceae und Moraxellaceae in Proben, die 24 Stunden oder länger bei Raumtemperatur gelagert wurden, angereichert waren. Die Zusammensetzung des Mikrobioms war bei Proben, die bei 0 h und bei sechs h entnommen wurden, ähnlich, unterschied sich jedoch deutlich zwischen Proben, die bei 0 h und bei 12 h oder länger eingefroren wurden. Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass die Lagerzeit vor dem Einfrieren bei -80 °C etwa 6 Stunden bei Raumtemperatur betragen kann. Eine Überschreitung der 6 Stunden führte zu Veränderungen bei der Alpha-Diversität, der Zusammensetzung des Mikrobioms und der Struktur der angereicherten Taxa. Daher ist das Einfrieren bei -80°C für eine langfristige Lagerung unerlässlich.

Cryondo’s #JournalClub: no. 019

„„A longitudinal SARS-CoV-2 biorepository for COVID-19 survivors with and without post-acute sequelae““

LeVergne at al. beschreiben einen longitudinalen SARS-CoV-2-Biobanking-Ansatz namens Northern Colorado SARS-CoV-2 Biorepository (NoCo-COBIO). Sie nahmen 119 Erwachsene seit Juli 2020 mit einer Nachbeobachtungsrate von 66 % auf. Zu vier Zeitpunkten wurden Blut-, Speichel-, Stuhl-, Nasopharyngeal- und Muttermilchproben entnommen. Die Analysen der Proben umfassen Erregernachweis, Immunprofilierung, mikrobielle Sequenzierung, Metabolomik sowie Proteomik. Die Teilnehmer stellten etwa 50 ml Blut (5 x 8 ml Natriumcitrat, 5 ml Serumseparatorröhrchen) und 5 ml Speichel mit und ohne virale Transportmedien zur Verfügung. Speichelproben werden durch Abhusten entnommen, oder es wird eine Trachealaspiratprobe entnommen, wenn die Teilnehmer intubiert sind. Nasopharyngeale Proben werden mit einem vergitterten Nasenabstrich entnommen. Für die Lagerung wurden PBMCs gewonnen und in Gefriermedien (90 % hitzeinaktiviertes fötales Rinderserum) und 10 % Dimethylsulfoxid (DMSO) kryokonserviert. PBMC werden zunächst in einem mit Isopropanol gefüllten Nalgene® Mr. Frosty (Thermo Scientific) bei – 80 °C für 24 Stunden gelagert und dann zur langfristigen Kryokonservierung in flüssigen Stickstoff überführt. Alle anderen Proben werden ebenfalls bei -80 °C gelagert.

Cryondo’s #JournalClub: no. 018

„Effect of subfreezing storage on the qualities of dough and bread containing pea protein“

Dai et al. untersuchten die Lagerung von Teig, der Erbsenproteine enthält, bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, nämlich bei -6 °C, -9 °C und -12 °C. Auch die Lagerungsdauer wurde untersucht und variierte zwischen 1 und 6 Wochen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Stabilität von Teig, der Erbsenprotein enthält, bei Tiefkühllagerung ähnlich hoch ist wie bei herkömmlicher Tiefkühllagerung. Die Tiefkühllagerung mit Erbsenprotein kann also eine neue Methode darstellen.

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