Yağ asidi 13C profil oluşturma Isotopologue trofik karbon Transfer ve Lipid metabolizması, omurgasız tüketicilerin sağlar
Summary
Yani, yağ asitleri asimilasyon tüm molekül ve transfer tüketici doku içine yağ asidi trofik marker yaklaşım değişiklik, engel olmayan ya da küçük küçük toprak omurgasızlar yağ asidi metabolizması bilgi boşlukları tarafından. Isotopologue profil oluşturma trofik etkileşimleri disentangle için değerli bir araç olarak sağlanır.
Abstract
Çünkü onlar genellikle tam bir molekül asimile ve küçük veya diyet farklı trophic düzeyleri arasında yönlendirme sağlayan hiçbir değişiklik ile tüketici doku içine transfer yağ asitleri (FAs) gıda web ekoloji yararlı biyolojik vardır. Ancak, SK trofik marker yaklaşım hala toprak fauna lipid metabolizması sınırlı bilgi engel oluyor. Bu çalışmada yağ asidi metabolizması yollar iki yaygın toprak Collembola, Protaphorura fimata ve Heteromurus nitidusbir izleyici olarak tamamen etiketli palmitik asit (13C16:0, 99 atom %) kullanılır. Kader ve metabolik değişiklikler bu öncü araştırmak için isotopologue profil oluşturma yöntemi, tek iyon izleme kullanarak kütle spektrometresi tarafından gerçekleştirilen sunulur. Ayrıca, ters yönde laboratuvar deney besleme, ayıklama ve baskın lipid fraksiyonları (nötr lipitler, fosfolipitler) ve ilgili formül hesaplamaları metilasyonu yanı sıra açıklanmıştır. Isotopologue profil oluşturma yalnızca genel 13C zenginleştirme yağ asitleri 13habercisi etiketli C türetilmiş verim değil ama aynı zamanda üst iyon (Yani, SK moleküler iyon kütle aşan isotopologues desen oluşturur M+) her biri bir veya daha fazla kitle birimleri (M+ 1, M+ 2, M3, vb) tarafından SK etiketli. Bu bilgi de novo sentezi ile karşılaştırıldığında tamamen tüketilen bir SK diyet yönlendirilmesini oranı üzerinde sonuçlar sağlar. İsotopologue profil oluşturma trofik etkileşimleri disentangle için toprak hayvanlarda yağ asidi metabolizmasının değerlendirilmesi için yararlı bir araç olarak önerilmektedir.
Introduction
Toprak gibi şifreli bir yaşam alanı, trofik ilişkileri adresine zordur ve fauna küçük boyutuna göre daha fazla kısıtlanır. Son on yılda beslenme stratejileri toprak fauna altında alan koşulları1,2,3tanımlamak için kullanılan biyolojik olarak yağ asitlerinin özellikle biyokimyasal ekoloji gelişmeler gördü. Yağ asitleri kaynaklardan gelen tüketici dokusunda tüm molekül olarak dahil edilebilir gerçeğine dayanarak bu, bir işlemi diyet yönlendirme4olarak. Yani, mantar dan nematodlar Collembola5için üç trophic seviyeleri üzerinde transfer yağ asitlerinin bildirilmiştir. Son zamanlarda, yırtıcı fauna6,7 olarak kabul edildi ve yağ asitleri toprak gıda ağları içinde trofik işaretleyici olarak ilk incelemelere yayımlanmış8,9olmuştur.
Trofik etkileşimleri hakkında daha fazla bilgi (SK-SIP) sondalama yağ asidi kararlı izotop tarafından elde edilebilir. 13C belirlenmesi /12C oranları yağ asitleri diyetler ve tüketicilerin can ikili bağlantılar atfetmek ve ilişkili karbon akışını tahmin ve karasal olarak istihdam tatlı su ve deniz gıda ağları10,11 ,12,13. Temel varsayım diyet yönlendirilmiş yağ asitleri enzimatik süreçleri tabi değildir; Bu nedenle, onların 13C sinyal, Yani, 13C /12C yağ asidi, tüketici oranıdır diyet1benzer. Ancak, gıda zinciri 13C izi yavaş yavaş tükenmesi su sistemlerinde, böylece SK-SIP geniş uygulama trofik çalışmalar14,15,16engelleyen bildirilmiştir. Ayrıca, karasal gıda ağları içinde en omurgasızlar lipid metabolizmasında bilgide hala sınırlıdır.
Lipid metabolizma yollar tüketicilerin bir anlayış trofik marker yağ asitleri gıda web ekoloji nicel karbon akışında belirlenmesi için aracı olarak kullanımı için gereklidir. Bu akılda, 13C-isotopologue profil oluşturma, umut verici bir yöntemdir içinde hangi ilkeye herhangi bir biyolojik sistem17, karbon metabolizması incelenmesi için uygulanabilir. 13C etiketli karbon substrat, 13C metabolik ağ dağıtım getirilmesi sonrasında oluşturulan metabolik ürünler tüketici gösterisinde belirli isotopologue dağıtım beri izlenebilir. Bu nicel nükleer metabolik rezonans spektroskopisi18,19 veya kütle spektrometresi20,21, onun yüksek nedeniyle düşük biyokütle ile ikinci tercih içinde biyolojik örnekleri ile tespit edilebilir duyarlılık.
Her ne kadar isotopologue profil oluşturma edilmiş başarıyla amino asitler için uygulanan ve içgörü vivo içinde karbon metabolizması bakteriyel patojenler17,22,23, yağ kendi uygulamasında sağlanan asitler geride gecikmeli. İlk detaylı analiz öncü yağ asidi, diyet yönlendirme veya bozulma toprak omurgasız tüketicilerin, β-oksidasyon yoluyla etiketli bir kararlı izotop kaderi üzerinde son zamanlarda Menzel vd tarafından gerçekleştirildi 24. burada, metodolojik temelini 13C yağ asitleri sık toprak omurgasızlar, Collembola anahtar alt öğelerin analizini isotopologue ardından etiketli ile birleşme deneyleri için sağlanır. Onlar are iyi için onların trofik marker yağ asitleri8,25araştırıldı ve toprak gıda web önemli bileşenleri biçimi olarak bu microarthropods iyi model grubu vardır.
Lipid metabolizma yollar tüketicilerin bir anlayış trofik marker yağ asitleri gıda web ekoloji nicel karbon akışında belirlenmesi için aracı olarak kullanımı için gereklidir. Mevcut iletişim kuralı bir laboratuvar deney ve çıkarma ve baskın lipidler kesirler (nötr lipitler, fosfolipitler) metilasyonu biyokimyasal yordamları Collembola besleme için dizayn ve kurulum verir. Nasıl yağ asitlerinin isotopologue kompozisyon tarafından kütle spektrometresi analiz edilir gösterir ve ilgili formül ve hesaplamaları açıklar. Bu yordamı sonuçlanır: (i) üst iyon (Yani, yağ asidi moleküler iyon M+) kitle tarafından bir veya daha fazla aşan isotopologues oranları birimleri (M+ 1, M+ 2, M3, vb) ve (II) genel kitle 13 C zenginleştirme yağ asitleri 13C etiketli habercisi türetilmiş. Collembola için kullanılmış olmasına rağmen bu yaklaşım genellikle diğer avcı-av etkileşim bunlar kontrollü koşullarda başarılı etiket alımını sağlamak için yeterli miktarda culturable ve sonraki öncül uygulanabilir doğrulama.
Protocol
Representative Results
Discussion
Isotopologue profil oluşturma
13C dağıtım FAs yılında niceliksel açıdan ayrıntılı bir analizini gıda ağları içinde bölümleme karbon atamak için son teknoloji ihtiyacı var. Mevcut çalışma istihdam 13C değerlendirmek için profil oluşturma isotopologue / tropic etkileşimler için ortak FA biyolojik12C oranlarının. Bu yöntem sıvı Kromatografi (LC-MS) amino asit analizi için iyi kurulmuş ve araştırmalar Patojen bak…
Acknowledgements
R. Menzel ve L. Ruess tarafından Deutsche Forschungsgemeinschaft (RU RU780/11-1) mali desteği minnetle kabul edilmektedir. R. Nehring RU 780/10-1 tarafından finanse edildi. Son olarak, biz bizim el yazması proofreading için Dr Hazel Ruvimbo Maboreke için son derece müteşekkir olan.
Materials
| neoLab-Round jars | neoLab | 2-1506 | 69 x 40 mm, 10 pacs/pack |
| Charcoal activated | Carl Roth | X865.1 | p.a., powder, CAS No. 7440-44-0 |
| Alabaster Dental | RÖHRICH-GIPSE | — | http://www.roehrich-gipse.de/dentalgipse.php |
| Chloroform | Carl Roth | 7331.1 | HPLC ≥ 99,9 % |
| Methanol | Carl Roth | P717.1 | HPLC ≥ 99,9 % |
| Hexan | Carl Roth | 7339.1 | HPLC ≥ 98 % |
| tert-Butyl methyl ether (MTBE) | Carl Roth | T175.1 | HPLC ≥ 99,5 % |
| Aceton | Carl Roth | 7328.2 | HPLC ≥ 99,9 % |
| NaOH | Carl Roth | 6771.1 | p.a. ≥99 %, in pellets |
| di-Natriumhydrogenphosphat | Carl Roth | P030.1 | p.a. ≥99 % , water free |
| Na-dihydrogenphosphat Dihydrat | Carl Roth | T879.1 | p.a. ≥99 % |
| Hypochloric acid (6 N) | VWR International | 26,115,000 | AVS TITRINORM vol. solution |
| Bond Elut (Columns) | Agilent Tech. | 14102037 | HF Bond Elut-SI, 500 mg, 3 mL, 50/PK |
| Präparatengläser Duran | Glasgerätebau Ochs | 135215 | Ø 16 x 100 mm, plus screw cap with handy knurl and integrated PTFE/silicone gasket |
| Supelco 37 Component FAME Mix | Sigma-Aldrich | 47885-U Supelco | 10 mg/mL in methylene chloride, analytical standard |
| FlowMesh | Carl Roth | 2796.1 | Polypropylene mesh, approximately 0.3 mm thick, with 1 mm strand spacing |
| Bacterial Acid Methyl Ester (BAME) Mix | Sigma-Aldrich | 47080-U Supelco | 10 mg/mL in methyl caproate, analytical standard |
| Methyl nonadecanoate | Sigma-Aldrich | 74208 | analytical standard ≥ 98.0 % |
| Hexadecanoic acid-1-13C (Palmitic) | Larodan Fine Chemicals | 78-1600 | GC ≥ 98.0 % (13C: 99.0 %) |
| RVC 2-25 CDplus | Martin Christ Gefrier-trocknungsanlagen | Compact benchtop midi concentrator | |
| Alpha 2-4 LDplus | Martin Christ Gefrier-trocknungsanlagen | Drying manifold | |
| MZ 2C NT | Vacuubrand GMBH | Vacuum pump | |
| Roto-Shake Genie | Scientific Industries | Combined rocking and rotating device | |
| XP64 Micro Comparator | Mettler Toledo | Super high precision balance | |
| GC-System 7890A | Agilent Tech. | Gas chromatograph | |
| 7000 GC/MS Triple Quad | Agilent Tech. | Triple Quad mass spectrometer | |
| 7683B Series Injector | Agilent Tech. | Sample injector | |
| Heraeus Multifuge 3SR+ | Thermo Scientific | Centrifuge with 10 ml tube rotor |
Referências
- Ruess, L., et al. Application of lipid analysis to understand trophic interactions in soil. Ecology. 86 (8), 2075-2082 (2005).
- Ruess, L., et al. Lipid composition of Collembola and their food resources in deciduous forest stands – Implications for feeding strategies. Soil Biology and Biochemistry. 39 (8), 1990-2000 (1990).
- Chamberlain, P. M., Bull, I. D., Black, H. I. J., Ineson, P., Evershed, R. P. Fatty acid composition and change in Collembola fed differing diets: identification of trophic biomarkers. Soil Biology and Biochemistry. 37 (9), 1608-1624 (2005).
- Stott, A. W., Davies, E., Evershed, R. P., Tuross, N. Monitoring the routing of dietary and biosynthesised lipids through compound-specific stable isotope (delta C-13) measurements at natural abundance. Naturwissenschaften. 84 (2), 82-86 (1997).
- Ruess, L., Haggblom, M. M., Langel, R., Scheu, S. Nitrogen isotope ratios and fatty acid composition as indicators of animal diets in belowground systems. Oecologia. 139 (3), 336-346 (2004).
- Pollierer, M. M., Scheu, S., Haubert, D. Taking it to the next level: Trophic transfer of marker fatty acids from basal resource to predators. Soil Biology and Biochemistry. 42 (6), 919-925 (2010).
- Ferlian, O., Scheu, S., Pollierer, M. M. Trophic interactions in centipedes (Chilopoda, Myriapoda) as indicated by fatty acid patterns: Variations with life stage, forest age and season. Soil Biology and Biochemistry. 52, 33-42 (2012).
- Ruess, L., Chamberlain, P. M. The fat that matters: Soil food web analysis using fatty acids and their carbon stable isotope signature. Soil Biology and Biochemistry. 42 (11), 1898-1910 (2010).
- Traugott, M., Kamenova, S., Ruess, L., Seeber, J., Plantegenest, M. Empirically characterising trophic networks: What emerging DNA-based methods, stable isotope and fatty acid analyses can offer. Adv Ecol Res. 49, 177-224 (2013).
- Hammer, B. T., Fogel, M. L., Hoering, T. C. Stable carbon isotope ratios of fatty acids in seagrass and redhead ducks. Chemical Geology. 152 (1-2), 29-41 (1998).
- Budge, S. M., Iverson, S. J., Koopman, H. N. Studying trophic ecology in marine ecosystems using fatty acids: A primer on analysis and interpretation. Marine Mammal Science. 22 (4), 759-801 (2006).
- Haubert, D., et al. Trophic structure and major trophic links in conventional versus organic farming systems as indicated by carbon stable isotope ratios of fatty acids. Oikos. 118 (10), 1579-1589 (2009).
- Ngosong, C., Raupp, J., Richnow, H. H., Ruess, L. Tracking Collembola feeding strategies by the natural 13C signal of fatty acids in an arable soil with different fertilizer regimes. Pedobiologia. 54 (4), 225-233 (2011).
- Bec, A., et al. Assessing the reliability of fatty acid-specific stable isotope analysis for trophic studies. Methods in Ecology and Evolution. 2 (6), 651-659 (2011).
- Gladyshev, M. I., Makhutova, O. N., Kravchuk, E. S., Anishchenko, O. V., Sushchik, N. N. Stable isotope fractionation of fatty acids of Daphnia fed laboratory cultures of microalgae. Limnologica. 56 (Supplement C. 56 (Supplement C), 23-29 (2016).
- Gladyshev, M. I., Sushchik, N. N., Kalachova, G. S., Makhutova, O. N. Stable isotope composition of fatty acids in organisms of different trophic levels in the Yenisei river. PLoS One. 7 (3), e34059 (2012).
- Eisenreich, W., Dandekar, T., Heesemann, J., Goebel, W. Carbon metabolism of intracellular bacterial pathogens and possible links to virulence. Nature Reviews Microbiology. 8 (6), 401-412 (2010).
- Eylert, E., Bacher, A., Eisenreich, W. NMR-based isotopologue profiling of microbial carotenoids. Methods Mol Biol. 892, 315-333 (2012).
- Garton, N. J., O’Hare, H. M. Tuberculosis: feeding the enemy. Chemical Biology. 20 (8), 971-972 (2013).
- Rosenblatt, J., Chinkes, D., Wolfe, M., Wolfe, R. R. Stable isotope tracer analysis by GC-MS, including quantification of isotopomer effects. Am J Physiol. 263 (3), E584-E596 (1992).
- Fernandez, C. A., Des Rosiers, C., Previs, S. F., David, F., Brunengraber, H. Correction of 13C mass isotopomer distributions for natural stable isotope abundance. J Mass Spectrom. 31 (3), 255-262 (1996).
- Heuner, K., Eisenreich, W. The intracellular metabolism of legionella by isotopologue profiling. Methods Mol Biol. 954, 163-181 (2013).
- Willenborg, J., et al. Characterization of the pivotal carbon metabolism of Streptococcus suis serotype 2 under ex vivo and chemically defined in vitro conditions by isotopologue profiling. J Biol Chem. 290 (9), 5840-5854 (2015).
- Menzel, R., Ngosong, C., Ruess, L. Isotopologue profiling enables insights into dietary routing and metabolism of trophic biomarker fatty acids. Chemoecology. 27 (3), 101-114 (2017).
- Buse, T., Ruess, L., Filser, J. New trophic biomarkers for Collembola reared on algal diets. Pedobiologia. 56 (3), 153-159 (2013).
- Hutson, B. R. Effects of variations of the plaster-charcoal culture method on a Collembolan, Folsomia candida. Pedobiologia. 18, 138-144 (1978).
- Fountain, M. T., Hopkin, S. P. Folsomia candida (Collembola): a "standard" soil arthropod. Annu Rev Entomol. 50, 201-222 (2005).
- ISO, I. O. f. S. . Soil Quality-Inhibition of reproduction of Collembola (Folsomia candida) by soil pollutants. , (1999).
- Welch, D. F. Applications of cellular fatty acid analysis. Clin Microbiol Rev. 4 (4), 422-438 (1991).
- Dodds, E. D., McCoy, M. R., Rea, L. D., Kennish, J. M. Gas chromatographic quantification of fatty acid methyl esters: flame ionization detection vs. electron impact mass spectrometry. Lipids. 40 (4), 419-428 (2005).
- Kuppardt, S., Chatzinotas, A., Kastner, M. Development of a fatty acid and RNA stable isotope probing-based method for tracking protist grazing on bacteria in wastewater. Appl Environ Microbiol. 76 (24), 8222-8230 (2010).
- Zhang, X., He, H., Amelung, W. A GC/MS method for the assessment of 15N and 13C incorporation into soil amino acid enantiomers. Soil Biology and Biochemistry. 39 (11), 2785-2796 (2007).
- Vetter, W., Thurnhofer, S. Analysis of fatty acids by mass spectrometry in the selected ion monitoring mode. Lipid Technol. 19 (8), 184-186 (2007).
- Thurnhofer, S., Vetter, W. A gas chromatography/electron ionization-mass spectrometry-selected ion monitoring method for determining the fatty acid pattern in food after formation of fatty acid methyl esters. J Agric Food Chem. 53 (23), 8896-8903 (2005).
- Haubert, D., Haggblom, M. M., Scheu, S., Ruess, L. Effects of fungal food quality and starvation on the fatty acid composition of Protaphorura fimata (Collembola). Comparative Biochemistry and Physiology B-Biochemistry & Molecular Biology. 138 (1), 41-52 (2004).
