Havsmikrober spelar en viktig roll för produktiviteten och funktionen i våra hav, men forskare som studerar deras beteende står inför många utmaningar.

Traditionella oceanografiska instrument provar stora mängder havsvatten (upp till tiotals liter) men mikrobiella interaktioner sker i en mikro-liters skala.

Ingenjörer och mikrobiologer i Australien, USA och Schweiz har bildat ett unikt partnerskap för att övervinna dessa begränsningar. Teamet har utvecklat en enhet som gör det möjligt för mikrobiella ekologer att undersöka mikrobiellt beteende i sin naturliga miljö.

Den nya enheten utnyttjar de senaste framstegen inom mikrofabrikation och mikrofluidtekniker som också öppnar en rad möjligheter för biomedicinsk forskning och biokvalitet för vattenkvalitet. Utvecklingen, testning och första fältresultat för enheten, känd som In Situ Chemotaxis Assay (ISCA), har publicerats i Naturmikrobiologi .

"Hittills har det verkligen inte funnits något sätt att undersöka beteendet hos marina mikrober mot vissa kemikalier in situ, "säger marin mikrobiolog och medförfattare Dr Jean-Baptiste Raina.

Dr Raina, från Climate Change Cluster vid University of Technoloy Sydney (UTS), säger att precis som vissa människor dras av lukten av mat eller parfymer, mikrober lockas av specifika kemikalier.

"Detta beteende kallas kemotaxi och det är viktigt eftersom havsvatten inte är homogent. Mikroskalavärlden som mikrober lever i är otroligt ojämn, med ett antal processer som leder till näringsämnen hotspots, och det är i dessa mikromiljöer där all mikrobiell verkan äger rum. "

MIT -ingenjör Ben Lambert, också en medledande författare, säger, "Med ISCA öppnar vi verkligen dörren till att kunna förhöra detta beteende i den naturliga miljön. Våra första fynd har visat att kemotaxi äger rum bland marina mikrober och detta validerar många års laboratorieexperiment och hypoteser om detta beteende i havet."

ISCA är en av de första experimentella enheterna för att gifta sig med mikroteknik med genomiska och kemiska analyser i den naturliga miljön. Engångsenheten, ungefär storleken på ett kreditkort, är tillverkad av inerta material och består av behållare av storleken på mikro liter. Dessa kan fyllas med olika kemikalier som sedan diffunderar till omgivande havsvatten.

Mikrober kan svara på en specifik kemikalie genom att använda kemotaxi för att simma in i brunnen. Forskarna kan hämta reservoarinnehållet och räkna hur många mikrober som svarar på en given kemikalie samt bestämma deras identitet och funktion.

Professor Roman Stocker, som var pionjär inom miljömikrofluidteknik, säger att enheten drar nytta av snabba framsteg inom 3D-utskrift och är utformad för att vara robust, lätt att göra och lätt att använda.

"Detta innebär att den kommer att vara tillgänglig för en bred användarbas och inte kräver omfattande utbildning. Detta är en kritisk aspekt av designen om vi hoppas få ett starkt antagande av forskare över olika områden, " han säger.

Författarna tror att med sin användarvänlighet och dess design för att överbrygga klyftan mellan vattenkemi och mikrobiologi med in situ -observationer, Det kommer att vara av stort intresse för det bredare vetenskapliga samfundet.

Docent Justin Seymour säger att "det innovativa verktyget kommer att hjälpa till att omforma vår uppfattning om mikrobiella processer i en rad olika livsmiljöer".

"Vi tror att dess tillämpning kommer att hjälpa till att besvara grundläggande frågor inom mikrobiell oceanografi. Det kan också vara användbart i andra miljöer, inklusive övervakning av vattenkvalitet och prospektering för organismer som kan hjälpa bioremedieringsinsatser, " han säger.