Combined imaging and molecular techniques for evaluating microbial function and composition: A review

Abstract

In most cases, microbial function will determine the direction and onset of specific metabolic pathways as defined by their favorable thermodynamic outcome. Thus, the degree of chemical alteration in contact with minerals and bacteria can be directly proportional to the biological activity. This activity can influence redox conditions both from a localized perspective and global scale. Under these conditions, microscale mechanisms become important, impacting both molecular diffusion and the distribution of substrates and products. Visualizing microorganisms in their natural environments is no simple task and requires analytical tools that can measure cell function and chemical speciation at the sub-micrometer level. In the last decade, the scientific community has observed a rapid increase in development of advanced imaging methods (eg, high-resolution secondary mass spectrometry [NanoSIMS]) and synchrotron-based approaches such as scanning transmission X-ray microscopy (STXM). Coupled to culture-independent techniques (eg, next generation sequencing technologies), these combined approaches excel at exploring microbial/mineral and sediment dynamics leading to valuable insight into both structure and function of single cells and diverse microbial communities in engineered and natural environments. This review focuses on recent advances in high-resolution imaging and molecular-based tools used to characterize microbial communities and function within natural systems. Copyright

Metabolômica Microbiana: Inovações E Aplicações

“…O avanço das técnicas de imageamento por espectrometria de massas de alta resolução também viabilizou a possibilidade de informações detalhadas e elementares em sistemas microbianos possibilitando o monitoramento não invasivo e in situ dessas comunidades. 117,118 As técnicas de ionização ambiente em imageamento por espectrometria de massas têm sido uma escolha popular para apresentar a distribuição espacial de moléculas in situ devido à pouca ou nenhuma preparação de amostra e sem interferência de matriz, onde a ionização de dessorção por electrospray (DESI, do inglês Desorption Electrospray Ionization) é o sistema mais utilizado. 119,120 Vale destacar o desenvolvimento e adaptação de outras fontes de ionização que permitam análises in situ como a ionização por eletrospray com ablação a laser (LAESI, do inglês Laser Ablation Electrospray Ionization), análise direta em tempo real (DART, do inglês Direct Analysis in Real Time), além dos grandes avanços tecnológicos que permitiram a realização de imageamento por MS, de modo que fosse possível visualizar metabólitos dentro de resoluções espaciais < 1 μm em pressões atmosféricas e com alta precisão e resolução em massa.…”