Rensning for at overleve under havbunden

Mikroorganismer, der lever i sedimenterne begravet under havbunden, får deres næringsstoffer ved hjælp af udskillede enzymer til at nedbryde adsorberet detritus. En ny undersøgelse viser, at for at overleve i lange tidsskalaer, mikroorganismer spiser hinanden, når de dør.

De sedimenter, der ligger til grund for verdenshavene, rummer en mangfoldig vifte af mikrobielle samfund. Mange af organismerne i denne kulde, anoksisk miljø afhænger for deres overlevelse af organisk materiale. Ja, marine sedimenter udgør det største reservoir af organisk kulstof på jorden, og forståelse af dynamikken i dets genanvendelse er afgørende for en pålidelig vurdering af virkningen af ​​global opvarmning. Meget af det faste kulstof, der findes i sedimenterne, består af detritalproteiner og kulhydrater. Imidlertid, lidt er kendt om de mikrobielle grupper, der er ansvarlige for nedbrydning af kulstofforbindelser i undergrunden. For at hjælpe med at udfylde dette hul i vores viden, William Orsi, Professor i geomikrobiologi ved Institut for Jord- og Miljøvidenskab ved LMU, satte sig for at karakterisere disse grupper ved at analysere, på det genetiske niveau, de enzymer, de udskiller i deres miljø. Resultaterne af undersøgelsen er nu blevet offentliggjort online i tidsskriftet Naturmikrobiologi .

Mikroorganismer bruger ekstracellulære enzymer til at katalysere den kemiske nedbrydning af organisk, kulstofholdige stoffer i det omgivende medium. De resulterende nedbrydningsprodukter optages af specialiserede transportproteiner og tjener som energikilder og byggesten til cellevækst. Alle enzymer bestemt til eksport fra celler indeholder en kort, defineret sekvens af aminosyrer, der fungerer som et identifikationsmærke, som genkendes af det sekretoriske apparat, der gør det muligt for dem at få adgang til cellens ydre. Miljø -RNA -fragmenter genvundet fra sedimenter kan amplificeres og analyseres i laboratoriet, hvilket muliggør sekvenserne af disse tags, der koder information til produktion af enzymerne selv. "Ved hjælp af en ny bioinformatisk metode, vi søgte efter evolutionært bevarede, og derfor funktionelt vigtigt, aminosyresekvensmotiver inden for disse genkendelsessekvenser. På denne måde, vi kunne, for første gang, ikke kun at bruge genetiske data til at udlede enzymfunktioner, men også for specifikt at identificere de enzymer, der udskilles af celler, der lever i disse sedimenter, "Forklarer Orsi.

Orsi og hans kolleger brugte sekvensdata, der var blevet indhentet i en tidligere undersøgelse af miljø-RNA, der blev genvundet fra et dybhavsboringssted ud for Perus kyst. De nye resultater viser, at bakterier, archaea og svampe begravet i sedimenterne ved havets bund producerer og udskiller en unik konstellation af enzymer. Disse katalysatorer er i stand til at nedbryde biomolekyler, der er forbundet med sedimentære aflejringer, såsom kulhydrater, lipider og proteiner - men de kan også rense næringsstoffer fra døde celler. "Mange af de enzymer, der syntetiseres og udskilles af svampeceller, angriber specifikt cellevæggene i archaea, mens mange af de ekstracellulære enzymer, der frigives af bakterier, kan nedbryde svampens cellevægge, "Orsi siger." Med andre ord, forskellige klasser af mikrober kannibaliserer tilsyneladende hinandens 'slagtekroppe'. "Formentlig, mikroorganismerne udnytter denne 'nekromasse' som kilde til kulstof og energi, som gør dem i stand til at overleve i denne fjendtlige anoksiske zone, langt uden for sollysets rækkevidde. De ældste sedimenter fundet i borekernen blev genvundet fra en dybde på 159 meter under havbunden og er 2,8 millioner år gamle.

Forskerne vil nu vide, hvor meget kulstof der genbruges af de forskellige grupper af organismer, for at estimere deres individuelle bidrag til den globale kulstofcyklus. "Vores data kan derefter inkorporeres i biogeokemiske modeller, hvilket ville forbedre forudsigelseskraften i sådanne modeller, "Siger Orsi.