Forskere identificerer bakterier og vira udstødt fra havet

Visse typer bakterier og vira bliver let slynget ud i atmosfæren, når bølger bryder, mens andre taxa er mindre tilbøjelige til at blive transporteret med havsprøjt til luften, forskere rapporterede 22. maj.

Et tværfagligt team af forskere fra Scripps Institution of Oceanography, University of California San Diego, og J. Craig Venter Institute (JCVI) nåede frem til denne konklusion efter at have kopieret en fytoplanktonopblomstring i et unikt hav-atmosfære-bølgeanlæg udviklet af forskere i det National Science Foundation-finansierede Center for Aerosol Impacts on Chemistry of the Environment (CAICE) på Scripps campus. De fandt ud af, at bakterier og vira belagt med voksagtige stoffer eller lipider forekommer i større mængder og er beriget med havsprayaerosoler. Ifølge forskere, resultaterne tyder på, at de vandafvisende egenskaber af overfladerne på disse mikrober er det, der gør dem mere tilbøjelige til at blive kastet ud af havet, når bølger bryder ved havoverfladen.

Holdet i den National Science Foundation-finansierede undersøgelse omfattede kemikere, oceanografer, mikrobiologer, genetikere, og pædiatriske medicinspecialister, der forsøger at forstå, hvor langt potentielt smitsomme bakterier og vira kan rejse, og om de, der udgør de største risici for folkesundheden, er blandt dem, der med størst sandsynlighed undslipper havet. I tidligere undersøgelser, individuelle medlemmer af teamet har karakteriseret havsprayaerosoler, som dannes, når bølger knækker og bobler brister ved havoverfladen.

"Nogle af de bakterier, vi har opdaget, er blevet fundet på huden såvel som i din tarm, så de kan påvirke dit helbred - på dette tidspunkt, ingen kender rigtigt de sundhedsmæssige virkninger af vejrtrækning i havets mikrober, " sagde Kim Prather, som har en fælles ansættelse ved UC San Diego's Scripps Institution of Oceanography og Department of Chemistry and Biochemistry. "Vi forsøger at forstå kilder til miljømikrober ved hjælp af de unikke hav-atmosfære faciliteter, vi har udviklet her på Scripps. Ved at bryde bølger i fersk havvand i en isoleret bølgekanal, UC San Diego er det eneste sted i verden, der direkte kan måle de mikrober, der overføres fra havet til atmosfæren."

Prathers forskergruppe har tidligere vist, hvordan mikrober har en næsten verdensomspændende rækkevidde, i stand til at rejse titusindvis af kilometer i vinden, nogle gange genindtræde i havet og genopstå fra det undervejs på rejsen. Som de gør, deres kemiske egenskaber, deres evne til at inficere, og deres virkninger på skydannelse og nedbør kan udvikle sig.

"I CAICE, vi indså, at mange af de kemiske komponenter, der findes i aerosoler, stammer fra levende mikroorganismer i havet, så et af vores første mål var at finde ud af, hvilke der er til stede i vandet og derefter forstå, hvilke af dem der er i stand til at køre på aerosolpartiklerne, sagde Michael Burkart, en forsker ved Institut for Kemi og Biokemi ved UC San Diego.

Undersøgelsen udnyttede teknikker udviklet i Earth Microbiome Project, som blev grundlagt af medforfatter Rob Knight og andre i 2010 for at prøve så mange mikrobielle samfund som muligt for at forstå mikrobernes økologi og deres interaktioner med mennesker.

"I Earth Microbiome Project er en nøgleudfordring at modellere mikrober på tværs af planeten, " sagde ridder, en UC San Diego professor i pædiatri og datalogi og teknik ved UC San Diego Center for Microbiome Innovation. "Resultaterne af havsprøjtningen giver en helt ny og uventet spredningsmekanisme, som vi bliver nødt til at tage i betragtning for at få en fuld forståelse af Jordens mikrobielle biosfære."

Forskerne udførte eksperimentet ved at etablere opblomstringer af planteplankton over en 34-dages periode. De gjorde dette inde i en facilitet med havatmosfære, som var anbragt ved Hydraulics Laboratory ved Scripps Oceanography. Efter flere dage, det replikerede hav, som videnskabsmænd kalder et mesokosmos, begyndte at udsende til luften bakterielle taxa som Actinobacteria og Corynebacteria. Vira indeholdt i de aerosoler, der blev luftbårne, var få i forhold til bakterier, men de stammer, der blev opdaget i luften, såsom Herpesvirales, havde en lignende form for vandafvisende overflade, der gør det muligt at overføre dem fra havet til atmosfæren.

De potentielle sundhedseffekter af de havmikrober, der oftest findes i havspray-aerosoler, vil nu begynde at blive undersøgt af teamet ved UC San Diego. Der er lidt kendt om sundhedsvirkningerne - gode eller dårlige - ved at indånde havluft beriget med mikrober og andet biologisk materiale. Forskerne rapporterede tilstedeværelsen af ​​stammer, der ikke ofte findes i havvand, såsom Legionella og en fuglestamme af E. coli, som de sagde kunne være tegn på forurening i visse kystnære farvande. Viden om, hvilke patogener, der forekommer i forureningsafstrømning, der bliver aerosoliseret, kan hjælpe med at forbedre forståelsen af ​​menneskelige eksponeringsveje for dem, der bor nær kysten.

"Ingen forventede, at det kunne være en udviklet strategi for bestemte bakterier og vira at komme ind i havets spray, " sagde Knight. "Vores næste udfordring er at finde ud af, hvorfor de gør det, og når det er godt eller dårligt for vores helbred, eller endda for planetens klima."

Studiet, "Taxon-specifik aerosolisering af bakterier og vira i en eksperimentel havatmosfære mesokosmos, " som udkom den 22. maj i bladet Naturkommunikation , blev støttet af CAICE, som er ledet af Prather og udpeget i 2013 som et NSF Center for Chemical Innovation.