Früher war die Identifizierung aller Mikroorganismen in einer Bodenprobe so aufwändig, dass sie quasi der Wissenschaft vorbehalten war. Erst seit der Einführung der Sequenzier-Technologie lässt sich das gesamte Boden-Mikrobiom schnell, präzise und erschwinglich bestimmen. Somit kann man den genetischen Fingerabdruck eines Bodens erstellen oder – wenn man so will – eine Art großes Blutbild. Diese Technik haben wir perfektioniert.
Es gibt drei Arten der Bodenanalyse: die physikalische, die chemische und die biologische. Die ersten beiden sind die gebräuchlichen und sehr nützlich. Nur sagen sie nichts über das Leben im Boden aus, die Bakterien, die Pilze, die Mikrofauna – das Ökosystem. Erst mit der biologischen Analyse wird das Bild komplett.
Mit Einführung der Sequenzier-Technologie hat auch die bakterielle Artenbestimmung auf Basis der rDNA eine Renaissance erlebt, mit der es möglich ist, das gesamte Boden-Mikrobiom anhand von Sequenz-Daten zu charakterisieren.
Die Bodenprobe kann kommen aus:
Im ersten Schritt extrahieren wir die DNA sämtlicher sich in der Probe befindlichen Mikroorganismen und Kleinstlebewesen (pro Bodenprobe etwa 30.000 Bakterienarten, 1.000 Pilzarten und Mikrofauna).
Auf Basis von drei verschiedenen Genen werden die Bakterien (16S Gen), Pilze (ITS Gen) und Mikrofauna (18S Gen) mittels DNA-Sequenzierung identifiziert und quantifiziert. In diesen drei Genen gibt es eine konstante Region, die man zur Vervielfältigung mittels PCR nutzen kann.
In einem DNA-Sequenzierer wird dann die DNA-Basensequenz der Gene bestimmt, also die spezifische Abfolge der vier DNA-Basen A, C, G und T. Diese Sequenz ist bei allen Mikroorganismen unterschiedlich, so dass wir a) qualitativ identifizieren können, welche Mikroorganismen in der Bodenprobe vorkommen, und b) quantitativ den Anteil dieser Mikroorganismen bestimmen können.
Identifizieren welche Mikroorganismen in der Bodenprobe vorkommen
Den Anteil der Mikroorganismen bestimmen
Nach einer eingehenden bioinformatischen und statistischen Analyse erhalten wir dann einen qualitativen und quantitativen Fingerabdruck des Bodens, welcher auf Basis der DNA-Sequenzen sämtlicher in der Bodenprobe befindlicher Organismen beruht.
So können wir beispielsweise mit der „Alpha-Diversität“ die mikrobielle Komplexität der Bodenprobe bestimmen, während wir mittels der „Beta-Diversität“ die Qualitäts-Differenz des untersuchten Bodens im Vergleich zu besonders guten Referenzböden bestimmen.
Das heißt: Wir identifizieren unvoreingenommen alle in der Bodenprobe befindlichen Mikroorganismen, um ein holistisches Bild der Bodenprobe zu erhalten und darauf basierend die im Boden stattfindenden Stoffwechselprozesse abzuleiten.
Ist die mikrobielle Komplexität der Bodenprobe bestimmt, können hieraus funktionelle Zusammenhänge und bodenökologische Implikationen abgeleitet werden.