Undersøgelse viser, hvordan marine mikrober genbruger jern fra rester af døde alger

En ny undersøgelse fra Scripps Institute of Oceanography i La Jolla, Californien, viser det molekylære maskineri, der hjælper med at flytte jern gennem havmiljøet. Forskerne rapporterer denne uge i mSystemer , en open access journal fra American Society for Microbiology, på hvordan Roseobacter bakterier hævder hæm, et jernholdigt molekyle, der er udbredt i havet, direkte fra algeceller, der er døde og i opløsning.

Bakterier i havet forbruger materiale fra fytoplankton - som alger - og genbruger næringsstoffer som kulstof, nitrogen, og stryge tilbage i madnettet. Tidligere undersøgelser har analyseret mikrober og molekyler, der hjælper med at flytte kulstof og nitrogen gennem havmiljøet, men de mikrobielle processer, der er ansvarlige for at cykle spormetaller som jern, er stort set ukendte, siger studieleder og mikrobiolog Shane Hogle.

Det er en vigtig udeladelse, fordi jern spiller en kritisk rolle i havets fødeindhold. Undersøgelser anslår, at næsten en fjerdedel af jernet i nogle dele af havoverfladen passerer gennem bakterier. Jern kan øge eller begrænse væksten af ​​plankton, og store skår af havet er drevet af jern, der er blevet genbrugt af mikrober, siger Hogle, nu en postdoktor ved Massachusetts Institute of Technology, i Cambridge. Han siger, at en bedre forståelse af jerncyklussen vil forbedre forskernes evne til at forudsige kemiske ændringer i havmiljøet.

"Hvis vi vil modellere, hvordan jerncyklussen kan ændre sig under fremtidige klimaændringer, vi har brug for en mekanistisk forståelse af, hvad der foregår lige nu, " han siger.

Forskerne analyserede 153 genomer fra Roseobacter bakterie, en gruppe mikroorganismer, der ofte forekommer sammen med algeblomster og er kendt for at være vigtige aktører i de marine kulstof- og svovlcyklusser. I 69 genomer, eller omkring 45 procent, forskerne identificerede et komplet sæt gener, der menes at være involveret i optagelsen af ​​hæm, en jernholdig enzymkofaktor, der er udbredt i havets planteplankton, som alger. Mange Roseobacter stammer vokser i tæt forbindelse med algeceller, og tidligere undersøgelser har antydet, at hæm kan være en vigtig kilde til jern for bakterier, der lever tæt på planteplankton.

Efterfølgende eksperimenter udført af forskerne bekræftede genernes rolle i at erhverve hæm, og yderligere analyser af Roseobacter stammer tyder på, at bakterierne tager hæmmet direkte fra lyserede celler, frem for som et resultat af en proces i flere trin. Denne bakterielle proces holder jernet fra dødt planteplankton inde i det mikrobielle fødevæv nær havets overflade.

"De injicerer det tilbage i det mikrobielle fødevæv, i stedet for at lade det falde ud og slå sig ned på bunden af ​​havet, "siger Hogle.

Han og hans samarbejdspartnere - mikrobiolog Bianca Brahamsha og biogeokemiker Katherine A. Barbeau, begge fra Scripps - ville også vide, om hæm -transportører var almindelige i havsamfund. Det så ikke ud til at være tilfældet:Forskerne fandt kun få beviser for hæmoptagelsesmekanismer efter at have søgt i offentlige databaser over metatranscriptomer og metagenomer.

Imidlertid, bakterier, der kan bruge hæm, kan være lette, men mægtige, siger Hogle. Nylige undersøgelser af kulstofcyklussen har fundet ud af, at nogle marine bakterier, der ikke er rigelige i metagenomiske databaser, bliver meget rigelige under særlige forhold - og kan genbruge betydeligt mere kulstof end andre, mere udbredte klader.

Hogle foreslår, at det også kan være tilfældet med jern. "Klader, der i gennemsnit ikke er meget rigelige, men mere dynamiske end andre, kan have et lige så vigtigt bidrag til biogeokemisk cykling i havet, " han siger.