Undersøgelse viser, at bakterier i havsvamp producerer giftige flammehæmmende forbindelser

En Scripps Institution for Oceanografi ved University of California San Diego-ledede forskerhold opdagede for første gang, at en almindelig marin svamp er vært for bakterier, der specialiserer sig i produktion af giftige forbindelser, der er næsten identiske med menneskeskabte brandhæmmere.

De nye fund satte forskergruppen et skridt tættere på at opklare mysteriet om denne stærke gruppe af kemiske forbindelser, kendt som polybromerede diphenylethere (PBDE'er), i havmiljøet. PBDE'er er en undergruppe af bromerede flammehæmmere, der kombineres til skum, tekstiler, og elektronik til at øge temperaturen, ved hvilken produkterne vil brænde. Disse menneskeskabte industrikemikalier er stærke hormonforstyrrende stoffer, der efterligner aktiviteten af ​​menneskekroppens mest aktive skjoldbruskkirtelhormon.

Vinayak Agarwal, en postdoktor hos Scripps, hentede en kold sag først startet for næsten 50 år siden af ​​Scripps kemiker John Faulkner, en tidlig pioner i undersøgelsen af ​​naturlige produkter fra havet, at fortsætte undersøgelsen af ​​kilden til disse giftige forbindelser, der findes i store mængder i verdenshavene.

"For første gang var vi i stand til endegyldigt at vise, at gener og enzymer produceret i bakterier fra svampe er ansvarlige for produktionen af ​​disse forbindelser giftige for mennesker, "sagde Agarwal, medforfatter af papiret sammen med Scripps ph.d.-studerende Jessica Blanton.

Undersøgelsen var en del af National Science Foundation (NSF)/ National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) -finansieret Center for Ocean og Human Health-forskning, der udføres på Scripps.

I 2014, Agarwal og kolleger på Scripps Oceanografi var de første til at opdage, at ikke-relaterede fritlevende marine bakterier producerer disse brandhæmmende forbindelser naturligt, omend i meget små mængder.

I denne nye undersøgelse, forskerne anvendte to moderne teknikker-genom "minedrift", der var banebrydende af Scripps marinekemiker Brad Moore og en miljømæssig DNA-sekventeringsmetode, der var banebrydende af Scripps biolog Eric Allen-for at tage undersøgelsen et skridt videre og identificere de specifikke gener og enzymer, der er involveret i overproduktion af de giftige molekyler i svampe.

Marinesvampe får mad og ilt ved at filtrere havvand gennem porerne og kanalerne i deres kroppe. Denne konstante vandstrøm betyder, at disse immobile dyr er vært for mange bakterier, vira, og svampe i deres komplekse mikrobiomer.

Forskergruppen indsamlede 18 svampeprøver til undersøgelsen under to forskningsekspeditioner til Guam. De isolerede derefter de forskellige komponenter i denne komplekse blanding af organismer fra svampens væv for at identificere de specifikke gener og enzymer, der koder for produktion af PBDE'er.

"I mange år fandt forskere spor, der foreslog, at naturen lavede disse forbindelser, "sagde Bradley Moore, professor ved Scripps Center for Marine Biotechnology and Biomedicine og Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences ved UC San Diego, og en seniorforfatter af undersøgelsen. "Nu hvor vi forstår, hvordan de produceres i havmiljøet, vi undersøger, hvorfor de findes, og de menneskelige sundhedsmæssige bekymringer forbundet med dem. "

Moores genom "minedrift" tilgang sammen med Allens metagenomiske sekventering giver forskere en måde at forbinde de naturlige kemikalier produceret af organismer tilbage til de enzymer, der konstruerer dem.

Studiet, som fremgår af forsiden af ​​maj -udgaven af ​​tidsskriftet Naturens kemiske biologi , var et unikt samarbejde mellem kemikere og biologer ved UC San Diego og andre steder.

"Denne undersøgelse er en stærk kombination af kemiske, biologisk og miljømæssig forskning, "sagde Henrietta Edmonds fra NSF's Division of Ocean Sciences, som støttede forskningen. "Det har potentiale til at hjælpe os med at forstå produktionen, skæbne og sundhedsmæssige konsekvenser af naturlige og forurenende forbindelser i havmiljøet. "

"Vi bekymrer os om naturligt producerede PBDE'er, fordi de ender i fødekæden, "sagde Frederick Tyson, Ph.d., af NIEHS, som var med til at finansiere forskningen. "Foreløbige data fra dette forskerhold tyder på, at nogle naturligt forekommende PDBE'er kan være endnu mere toksiske end dem, der er menneskeskabte, så vi er nødt til at udvikle en bedre forståelse af disse forbindelser. "

Disse mikroorganismer i havet er fundet i så forskellige naturtyper som havgræsser, koraller og hvaler.

Det næste trin i undersøgelsen for forskerne er at udvinde generne og enzymerne i andre marine værter for at finde ud af, hvilke andre organismer der fremstiller lignende toksiske forbindelser, og hvorfor.