Hvad får algeopblomstring til at blive giftig?

Den katastrofale 2015-16 Dungeness krabbesæson, forsinket og forkortet af en hidtil uset opblomstring af giftige alger, er et bittert minde for vestkystens fiskeindustri. Synderen var domoinsyre, et kraftigt neurotoksin produceret af havalger og opdaget i 1987 som årsag til amnesisk forgiftning af skaldyr.

Forskere ved UC Santa Cruz har gjort betydelige fremskridt med at forstå og forudsige de forhold, der fører til store opblomstringer af de toksinproducerende alger (kiselalger kaldet kiselalger). Pseudo-nitzschia ). Men et aspekt af disse giftige alger blomstrer, som påvirker dyrelivet såvel som økonomisk vigtige fiskerier, forbliver et mysterium:hvordan laver algerne domoesyre, og hvad udløser dets produktion?

Marilou Sison-Mangus, en assisterende professor i havvidenskab ved UC Santa Cruz, forklarer, at algerne ikke altid producerer toksinet. "Der blomstrer Pseudo-nitzschia hvert forår og sommer langs Californiens kyst, men toksiciteten varierer meget, " siger hun. "For skaldyrsindustrien, dette toksin kan have en stor indflydelse, så vi ønsker at forstå mekanismerne bag dens produktion. Det er et 30 år gammelt spørgsmål."

En ny bevilling fra NOAA's Ecology and Oceanography of Harmful Algal Blooms (ECOHAB) Program vil finansiere et forskningsprojekt ledet af Sison-Mangus for at besvare dette spørgsmål. Hendes medforskere i dette tværfaglige projekt omfatter kemiprofessor Phil Crews og statistiker Juhee Lee, adjunkt i anvendt matematik og statistik. NOAA-tilskuddet giver $130, 000 om året i tre år, men kun det første års finansiering er garanteret. Finansiering for efterfølgende år afhænger af tilgængeligheden af ​​fremtidige NOAA-bevillinger.

Sison-Mangus' laboratorium ved UC Santa Cruz har undersøgt bakteriers rolle i produktionen af ​​domoinsyre af alger. Det viser sig at Pseudo-nitzschia selv ikke har alle de gener, der er nødvendige for at syntetisere toksinet.

"Vi tror, ​​at en af ​​de forstadier, der er nødvendige for domoinsyresyntese, produceres af bakterier, "Sagde Sison-Mangus." Hvis det er tilfældet, vi kan muligvis bruge tilstedeværelsen af ​​bakterierne som en markør til at forudsige algernes toksicitet."

Tidligere forsøg af Sison-Mangus og andre har vist, at bakteriefri kulturer af Pseudo-nitzschia ikke er i stand til at producere domonsyre, mens tilsætning af bakterier til kulturerne genopretter toksinproduktionen. Hun har fundet ud af, at marine bakterier i phylum Bacteroidetes, alene eller i kombination med andre bakterier, konsekvent fremkalde en stor stigning i produktion af domoesyre i kulturer af tre forskellige Pseudo-nitzschia-arter.

Sison-Mangus har også overvåget algeopblomstringer i Monterey Bay og fundet en tæt sammenhæng mellem domoesyreniveauer og tilstedeværelsen af ​​Bacteroidetes-bakterier i forbindelse med Pseudo-nitzschia. Elektronmikroskopbilleder viser bakterierne, der lever på den ydre overflade af algecellerne.

"Vi ved, at disse bakterier er forbundet med giftige opblomstringer i havet, og vi ved, at de får toksiciteten til at stige i laboratoriet, men vi kender ikke mekanismerne for toksinproduktion, " sagde Sison-Mangus.

En del af det nye forskningsprojekt vil fokusere på at optrevle detaljerne i, hvordan alger og bakterier interagerer for at producere domoinsyre. En anden del af projektet vil bruge overvågningsdata fra Monterey Bay til at vurdere, hvordan denne interaktion passer ind i den større kontekst af de mange fysiske og miljømæssige faktorer, såsom vandtemperatur og næringsindhold, også kendt for at påvirke giftige algeopblomstringer.

Sortering af virkningerne af flere faktorer, alle varierer samtidigt i et komplekst system, er en udfordring. Men dette er Juhee Lees ekspertiseområde, og hun har udviklet en Bayesiansk statistisk modelleringstilgang, der vil hjælpe forskerne med at forstå, hvordan alle disse faktorer interagerer for at påvirke udviklingen af ​​en giftig algeopblomstring.