Symbiotiske kæmpebakterier gør det muligt for Rødehavets kirurgfisk at specialisere deres diæter

Rødehavets kirurgfisk bruger metabolisk forskellige gigantiske bakterier til at fordøje forskellige typer alger, ifølge ny forskning. Ikke alene forklarer disse fund grundlaget for kirurgfiskens mangfoldighed, men de kan også udgøre en værdifuld genetisk ressource til forskning i biobrændstof.

Et internationalt hold ledet af KAUST-forskere brugte high-throughput sekventeringsteknikker til at studere symbiotiske mikrobesamfund i tarmene hos marinealger, der fodrer Rødehavets kirurgfisk. Ved at analysere genomerne, de opdagede, at samfundene er domineret af en enkelt gruppe gigantiske bakterier kendt som Epulopiscium, og at de mangler den mangfoldighed, der findes i mikrobiomer af jordlevende planteædere.

"Nedbrydningen af ​​plantebiomasse i terrestriske hvirveldyr kræver normalt cocktails af enzymer, der stammer fra tarmmikroorganismer, som hver har kapacitet til at nedbryde forskellige bestanddele, " forklarer KAUST-forsker David Ngugi, der ledede undersøgelsen. Alger mangler mange af de komplekse cellevægsbestanddele og polysaccharider, der findes i landplanter, lignin og cellulose, og så et enklere mikrobielt samfund er sandsynligvis tilstrækkeligt til at fordøje dem.

Alligevel, at analysere genekspression afslørede store forskelle mellem Epulopiscium hos kirurgfisk, der er specialiseret i at fodre med røde eller brune alger. "Afhængig af de alger, som værten fodrer med, Epulopiscium har tilsvarende enzymer til at nedbryde disse polysaccharider, " siger Ngugi. "Så meget, at du sandsynligvis ikke kan tage en Epulopiscium fra en rødalgeædende vært og transplantere den til brunalgeædende vært, fordi de ikke har den metaboliske kapacitet til at nedbryde, hvad den anden vært spiser."

Denne specialisering hjælper med at forklare mangfoldigheden af ​​revkirurgfisk, fordi de opdeler miljøet i forskellige diætnicher. Baseret på deres analyser, forskerne foreslår at opdele det symbiotiske Epulopiscium i tre slægter.

Holdet sporede også genekspression i Epulopiscium gennem en dag og fandt ud af, at det matchede værtens livsstil, med gener relateret til fordøjelsen aktive om morgenen, når værten fodrede. "Det var virkelig spændende, " siger Ngugi, fordi det tydeligt demonstrerede de gigantiske bakteriers rolle i tarmen.

Evnen til at fermentere alger vil gøre Epulopiscium til en værdifuld genetisk ressource til udvikling af algebaserede biobrændstoffer. Resultaterne fremhæver også sammenhængen mellem mad, fisk og mikrober, der understøtter mangfoldigheden af ​​revsamfund. "Den slags symbiose, der har udviklet sig for at udnytte de specifikke føderessourcer i revet, er sket over evolutionære tidsskalaer, " siger Ngugi. "Vores data tyder på, at det ikke er noget, der kan erhverves eller genetableres på kort tid."