Undersøgelse af mikrobers livsstil

Mikrober er overalt – hos mennesker beskytter de os mod skadelige bakterier og hjælper os med at fordøje mad; i jord, de giver næringsstoffer og fremmer vækst af planter. Mikrober lever endda i sedimenter under havbunden, hvor de spiller en nøglerolle i det undersøiske økosystem.

Forskere identificerer og karakteriserer flere mikrober hvert år ved hjælp af DNA-sekventeringsteknologier. Efterhånden som hver ny art er sekventeret, videnskabsmænd tilføjer det til det mikrobielle "livets træ, " at skabe en virtuel optælling af, hvad der er der.

Det viser sig, at det ikke er et let job. For at sætte tingene i perspektiv, videnskabsmænd er ikke sikre på, hvor mange mikrober overhovedet eksisterer. Skøn varierer meget fra millioner til billioner.

University of Delaware professor Jennifer Biddle og Rosa Leon-Zayas, som afsluttede post-doc ved UD tidligere på året, for nylig beskrev nye detaljer om mikrober kendt som Parcubacteria i et papir offentliggjort i Miljømikrobiologi .

Parcubacteria blev fundet i sedimentprøver indsamlet af James Cameron i Challenger Deep-regionen i Mariana Trench under Deepsea Challenge-ekspeditionen. Leon-Zayas' doktorgradsrådgiver, Doug Bartlett ved Scripps Institution of Oceanography, var chefforsker på ekspeditionen.

"Fra et videnskabeligt perspektiv, Challenger Deep var en uvurderlig mulighed for at indsamle prøver fra den dybeste del af havet, " sagde Leon-Zayas, avisens hovedforfatter, nu adjunkt ved Willamette University.

Forskere har traditionelt lært, hvordan mikrober virker ved at dyrke og studere dem i petriskåle og bægre. Det var ikke før DNA-sekventering udviklede sig til at inkludere evnen til at adskille og teste mikrober til stede i miljøprøver (såsom jord eller sedimenter), at forskerne indså, at de var gået glip af en enorm del af bakterier, der nu kaldes Candidate Phyla Radiation (CPR).

En gruppe af CPR-mikrober kaldet Parcubakterierne var blevet set i grundvandet og lavvandede sedimenter nogle få steder på landjorden, men det var kun blevet intensivt undersøgt i sedimentprøver fra en grundvandsmagasin nær Rifle, Col.

Da Cameron indsamlede sedimentprøver i bunden af ​​skyttegraven, forskerne opdagede, at der lever mange forskellige arter af parcubakterier, også.

"Vi var interesserede i at se, om mikroberne, der lever på bunden af ​​havet, havde samme livsstil som mikroberne, der lever i jord i Rifle, Colorado, " sagde Biddle, en marin mikrobiolog og lektor i College of Earth, Ocean, og Miljøs Skole for Havvidenskab og Politik.

Leon-Zayas brugte en sorteringsteknik til at adskille de mikrobielle celler fra sedimentpartiklerne, så forskerne kunne amplificere og sekventere mikrobens DNA. Forskerne karakteriserede derefter de individuelle mikrobielle genomer. Baseret på de gener, der er til stede i genomet - dele af DNA, der definerer, hvilke stofskifte en celle er i stand til - kan videnskabsmænd udlede, hvad bakterierne laver.

Denne genomiske sekventering afslørede, at Parcubacteria fra dybhavet har et ret simpelt stofskifte; men genomerne var større end deres terrestriske fætre og havde endda et par ekstra funktioner. I særdeleshed, disse funktioner indikerede, at bakterierne muligvis er i stand til at udføre anaerob respiration, bruge ting som nitrat til at trække vejret i stedet for ilt.

Parcubakterier syntes også at have flere proteiner og enzymer forbundet med kolde omgivelser, ikke overraskende, da bunden af ​​Mariana-graven er kold og mørk.

"Det giver mening, at organismer på bunden af ​​havet måske skal være mere selvforsynende. Miljøet er ekstremt, og der er ikke så meget mad, " sagde Biddle.

Mens opdagelsen tilføjer en ny gren på det mikrobielle stamtræ, mange ubesvarede spørgsmål er tilbage.

Ifølge Biddle, som er en del af et UD-hold, der for nylig modtog en Keck Foundation-bevilling til at dykke dybt ned i mikrobiel forskning, DNA-sekventering har afsløret et stort nyt område inden for mikrobiologi, som var ukendt for ti år siden.

Hurtig teknologiudvikling har været nøglen til feltets fremskridt, hun sagde, fra udviklingen af ​​undervandsfartøjer, der er i stand til at transportere videnskabsmænd til bunden af ​​skyttegraven, til nye sofistikerede instrumenter, som flowcytometre, der hjælper videnskabsmænd med at sortere, rækkefølge og analysere den mindste organisme.

Jo flere videnskabsmænd opdager, imidlertid, jo mere indser de, at der er at lære.

"Det er et enormt område for opdagelse lige nu, " sagde Biddle.