Undersøgelse tyder på, at østers tilbyder et hot spot til at reducere næringsforurening

Når det kommer til østers og deres rolle i at reducere næringsstofforurening, en ny undersøgelse foretaget af forskere ved William &Mary's Virginia Institute of Marine Science kommer lige til indmaden - og skallen - af sagen.

Studiet, i nummeret 29. september af PLoS ONE , er den første til at identificere og kvantificere potentielt denitrificerende bakterier i østerstarmen og skallen, og den første til at gøre det ved hjælp af et nyt computerprogram, der udleder bakterielle aktiviteter baseret på sekvenserne af ribosomale RNA-gener.

Denitrifikation er den proces, hvorved nitrat og nitrit - forbindelser, der brænder for overgødskning af kystvande - reduceres til nitrogengas, som er ufarlig for vandmiljøer. Overskydende kvælstof fra renseanlæg, landbrugsgødning, og andre menneskelige kilder kan føre til "døde zoner med lavt iltindhold, "reduceret fiskerihøst, og tab af havgræshabitat. Chesapeake Bay er et af mange økosystemer verden over, der har lidt under disse påvirkninger.

Hovedforfatter på undersøgelsen er Ann Arfken, en ph.d. studerende i laboratoriet hos VIMS Lektor og medforfatter BK Song. Andre medforfattere er Dr. Jeff Bowman fra Scripps Institution of Oceanography og Michael Piehler fra University of North Carolina.

"De fleste undersøgelser om denitrifikation forbundet med østers har fokuseret på sedimenter i og omkring østersrev, " siger Arfken. "Vores er den første til at udforske evnen til denitrifikation af mikrobiomer, der lever inde i og på selve østersene." Et "mikrobiom" er fællesskabet af mikroskopiske organismer, der bebor hver eneste levende ting, fra miderne, der bor blandt dine øjenvipper, til bakterierne, der sidder mellem tomatrødder.

Resultaterne af undersøgelsen har vigtige konsekvenser for bestræbelserne på at reducere næringsindholdet i kystnære farvande gennem restaurering af østers. "Vi fandt ud af, at østersskaller indeholder unikke mikrobielle samfund med højere denitrifikationsaktiviteter end sedimenter, " siger Song. "Det er således muligt at reducere næringsstoffer i begyndelsen af ​​et østersrestaureringsprojekt, da skalmikrobiomer aktivt fjerner fast nitrogen."

En økonomisk og logistisk udfordring

Nyere forskning viser, at mikrobiomer spiller en nøglerolle i organismens fysiologi og økologi, men, siger sang, "At udforske sammenhængen mellem den genetiske sammensætning og funktioner af et mikrobiom har længe været en udfordring."

Den udfordring er både økonomisk og logistisk. "Undersøgelser af hele en organismes genetiske sammensætning - dens genom - er meget dyre, og virker muligvis ikke for prøver, hvor bidraget fra mikrober er lavt, " siger Song. "Som et resultat, mange undersøgelser er afhængige af amplikon-sekventering af ribosomale RNA-gener for at identificere mikrobielle taxa." Denne tilgang er billigere, men giver begrænset indsigt i de metaboliske veje, der er forbundet med forskellige mikrobiomer - i dette tilfælde om de besidder de gener, der er nødvendige for denitrifikation.

For at løse disse udfordringer, holdet brugte en ny teknik udviklet af Bowman. Kaldet "PAPRICA" - for PAthway-forudsigelse af fylogenetISK placering - det giver forskere mulighed for at udlede metaboliske veje fra gensekvenser forbundet med en lille underenhed af ribosom kaldet 16S rRNA.

"Vi kombinerede en skræddersyet genomisk database med PAPRICA-programmet for at identificere bakterier, der bærer denitrifikationsgener blandt de mikrobiomer, der er forbundet med østerstarm, skaller, og rev sedimenter, " siger Song. Han forklarer, "Dette ville være lidt ligesom at skelne mellem forskellige menneskelige populationer ved at sammenligne antallet af mavesygdomme med det gen, der er nødvendigt for at fordøje mælk."

Forskerholdet målte derefter hastigheden af ​​denitrifikation i kamre med levende østers, østersskaller, eller sedimenter opsamlet nær østersrev, opdager meget højere satser i kamrene, der holder levende østers og skaller. Da de sammenlignede disse rater med overfloden af ​​denitrifikationsgener i de tre mikrobiomer, de så en stærk sammenhæng mellem høje denitrifikationsrater og en gensekvens kaldet nosZI.

"Vi fandt ud af, at bakterier, der bærer nosZI-gener, er vigtige denitrifiers, og lette nitrogenfjernelse i østersrev, siger Arfken.

Forskerne advarer om, imidlertid, at der er brug for mere forskning. "Vi skal være forsigtige, når vi udleder denitrifikation og andre metaboliske processer fra tilstedeværelsen af ​​et gen i et bakterielt genom, " siger Arfken. "Disse processer er ofte ekstremt komplekse, og kræver koordineret ekspression af flere forskellige gener. I øvrigt, mange organismer kan bære et gen, men ikke udtrykke det, "En sidste udfordring, hun siger, er, at "masser af bakterier forbliver uklassificerede eller har identificeret genomer, der enten er ufuldstændige eller af lav kvalitet."

Men forskerne er fortsat optimistiske. "Vi er glade for at forfølge flere undersøgelser for yderligere at validere brugen af ​​gen-baserede metaboliske slutninger som en pålidelig metode til at vurdere det metaboliske potentiale af mikrobiomer, " siger Song.