Forskere opdager nyt rovdyr, der skader vores økosystemer

For Arizona State Universitys ph.d. nyuddannet Julie Bethany Rakes, det hele startede som et mislykket eksperiment, der endte med at blive en virkningsfuld opdagelse for det mikrobiologiske samfund. For nylig i Nature Communications , Rakes and Regents' professor Ferran Garcia-Pichel rapporterede om en ny bakterie, der forgriber sig på jordens cyanobakterier i bioskorper. I denne publikation beskriver de det nyopdagede rovdyrs livscyklus, angrebsmekanisme og dets økologiske indvirkning.

Bakterier er overalt og spiller en stor rolle i opretholdelsen af ​​økologiske processer over hele verden. For eksempel i ørkenjorden bruger cyanobakterier fotosyntese til at producere energi. I lighed med planter er deres rolle i iltproduktion og nitrogenfiksering nøglen til andre organismers overlevelse. Cyanobakterier danner samfund, der lever på jordens overflade og danner bioskorper. Disse samfund giver store fordele ved at fange støv, forhindre erosion og øge næringsstoffer og vandstand i jorden.

Desværre, og på trods af deres rolle i vedligeholdelsen af ​​økosystemerne, er cyanobakterier favoritbyttet for et nyopdaget rovdyr:Candidatus Cyanoraptor togatus (C. togatus).

"Der var noget, der dræbte bioskorperne. Det var ikke en virus, og det var ikke et lille dyr. Det kunne kun være en anden bakterie," sagde Garcia-Pichel.

Sunde cyanobakterielle bioskorper ligner jord, når de er tørre, men når de er våde, er deres grønne pigmentering synlig; bortset fra at bioskorper, der er blevet angrebet af Cyanoraptor, viser lysninger af cyanobakterier i cirkulære mønstre, kendt som plaques, der ligner små fe-ringe. I felten var forskere i stand til at identificere sygdommen ved at observere disse usædvanlige plaques.

"Jeg så dem først i Casa Grande, AZ og fortsatte derefter denne proces med at se efter regnbyger og straks løbe til marken, nogle gange kørte jeg 6 timer eller mere for at identificere dem flere steder i Sonoran- og Chihuahuan-ørkenerne," sagde Rakes.

De arbejdede i marken og i laboratoriet for at isolere de sygdomsfremkaldende bakterier. Efter isolering blev bakterier dyrket, og deres livscyklus og angrebsmekanisme blev etableret.

I et tidligt stadium forplanter Cyanoraptor sig som små sfæriske celler kaldet propagler. Disse celler vokser eller deler sig ikke; i stedet lurer de bare og venter tålmodigt på deres bytte. Når cyanobakterien kommer tæt nok på, angriber Cyanoraptor, binder sig til byttet og danner en specialiseret dockingstruktur, opløser byttets hudlignende cellevæg og trænger ind i byttets celle.

Cyanoraptors udbredelse er underlig, hvad angår bakterier. De har et ydre rum bundet af to membraner. Forskere formoder, at dette rum spiller en nøglerolle i angrebet, ved at holde og derefter frigive proteiner, der nedbryder deres byttes ydre membran og tillader det at trænge ind i den svækkede cellekrop. Dette rum er også, hvordan Cyanoraptor får sit artsnavn, togatus, fordi de ser ud til at være svøbt i en kappe eller toga.

Når den først er indenfor, æder Cyanoraptor af byttet og vokser sig større og større til en pølse-lignende celle. Når den er lang nok, begynder dette rovdyr at dele sig i mange celler på én gang, og til sidst dræber byttet og bliver til udplantninger igen og venter på det næste uheldige offer.

"Det er et rovdyr, der kommer ind i deres byttes celler og spiser dem indefra, hvilket er forfærdeligt," sagde Garcia-Pichel. "Det er virkelig som en mikrobiel gyserfilm."

Når cyanobakterier dør, er alle de ting, som bioskorper gør for at gavne ørkenen, væk. Værdifulde egenskaber som nitrogencirkulation, støvfangning og fugtretention er drastisk formindsket.

"Generelt betyder dette, at der kan være alvorlige konsekvenser for ørkenens sundhed, færre næringsstoffer, mindre stabil jord- og vandretention, så en reduktion i tid, planter og andre organismer kan være aktive. Med tabet af disse funktioner vil organismer, der er afhængige af disse tjenester, såsom planter kan lide, hvilket så kan have yderligere konsekvenser op i fødekæden," sagde Rakes.

Denne betydningsfulde opdagelse ville ikke have været mulig, hvis det ikke havde været for Rakes' ihærdighed og hendes afvisning af at give efter for, hvad der i første omgang så ud til at være en fiasko. Heldigvis for cyanobakteriers fremtid holdt hun ud.

Hendes opdagelse viste også, at rovbakterier kan forme strukturen og funktionen af ​​mikrobielle samfund rundt om i verden, at de ikke er bare og interessante biologiske sjældenheder.

Denne erfaring har givet hende visdom til at give videre til andre kandidatstuderende:

"Følg op på de resultater, der er uventede eller endda ser ud til at være direkte forkerte," sagde hun. "Når jeg fandt mig selv i at sige 'det er mærkeligt', var det ofte noget, jeg bare ikke forstod endnu. Som Ferran klogt fortalte mig:'I eksperimenter kan du ikke forklare, mikroberne taler til dig'"

Det fulde genom af de nyopdagede bakterier kan tilgås gennem NCBI-databasen under BioProject PRJNA730811. Rakes og Ferran er tilknyttet School of Life Sciences og med Biodesign Center for Fundamental and Applied Microbiomics. Denne undersøgelse blev udført i samarbejde med Shannon Lynn Johnson, en videnskabsmand ved Los Alamos National Laboratory, og også en SOLS-doktoralumna. + Udforsk yderligere

Undersøgelse af rovdyrsadfærd i bakterieriget