Boj proti škodljivim cvetenjem alg

Boj proti škodljivim cvetenjem alg
Boj proti škodljivim cvetenjem alg
Anonim

Povsod po svetovnih oceanih v globalnih ciklih hranil, prehranjevalnih verigah in podnebju ter vse bolj v industrijskih procesih, ki jih ustvari človek, ima raznolik nabor planktonskih mikrobov, kot so alge, pomembno vlogo. Za skoraj vse te planktonske mikrobe pa je genetsko malo znanega, razen nekaj zaporedij markerjev, medtem ko njihova morfologija, biološke interakcije, metabolizem in ekološki pomen ostajajo skrivnost.

Alge proizvedejo polovico kisika v zemeljskem ozračju in nekatere oblike alg se uporabljajo v industrijskih aplikacijah - kot je proizvodnja visoko omega-3 maščobnih kislin za otroške formule ali uporaba za biogoriva - zato obstaja veliko razlogov za boljše razumevanje alg bi lahko bilo koristno. Vendar pa obstaja še ena stran alg, saj lahko nekatere vrste povzročijo škodljivo cvetenje alg (HAB), ki so bile v središču raziskav Kathryn Coyne z univerze Delaware.

Napredovanje študija mikrobov

Da bi pomagal izboljšati razumevanje celičnih navodil, ki podpirajo mikrobno življenje v morju, se je Coyne pridružil več kot 100 znanstvenikom iz institucij po vsem svetu, da bi objavili zbirko metod ali protokolov za laboratorijske poskuse, ki bodo pomagali znanstvenikom. bolje razumeti genetsko podlago morskih alg kot vir v članku v reviji Nature Methods.

Delo je financirala Pobuda za morsko mikrobiologijo Fundacije Gordon in Betty Moore. Za svoj prispevek k sodelovanju je Coyne sodelovala posebej s Heterosigma akashiwo, vrsto alg, ki lahko proizvajajo HAB.

Ena od skrivnosti H. akashiwo je, da nekateri sevi proizvajajo toksine, ki lahko ubijejo ribe, drugi sevi pa niso strupeni.

"Nimamo jasnega razumevanja, kakšen toksin proizvajajo. Vemo le, da ko cvetijo te alge na nekaterih območjih sveta, so povezane z množičnim pobijanjem rib," je dejal Coyne, izredni profesor za morske bioznanosti na UD's College of Earth, Ocean and Environment (CEOE) in direktor programa Delaware Sea Grant. "Prav tako ne vemo, zakaj nekateri sevi proizvajajo toksine ali kaj spodbuja proizvodnjo toksinov."

Znanstveniki pogosto uporabljajo manipulacijo genoma, da bi bolje razumeli, kako se mikrobi odzivajo na okolje, ali da bi identificirali gene, ki so lahko vključeni v določen odziv, kot je proizvodnja toksinov. Za razliko od drugih vrst alg, ki služijo kot modeli za manipulacijo genoma, pa H. akashiwo nima celične stene, temveč ima samo tanko membrano, ki drži obliko celice. Coyne je pojasnil, da je celična stena lahko ovira za manipulacije genoma in da tovrstni poskusi običajno zahtevajo nekaj truda na začetku samo za odstranitev celične stene ali njeno bolj porozno.

Ker H. akashiwo ni imela celične stene, sta Coyne in njena raziskovalna skupina predlagala, da bi bila manipulacija genoma pri tej vrsti enostavnejša, in lahko dokazali, da z uporabo nekaj metod genske manipulacije, ki so bile uspešne pri drugih modelne vrste.

"Ustvarili smo kos genskega materiala, ki bi ga lahko uvedli v celice Heterosigma, ki bi jih naredil odporne na določen antibiotik," je dejal Coyne. "Če bi bili uspešni, bi jih lahko gojili v tem antibiotiku in celice, ki so vključevale gen za odpornost, bi preživele."

Coyne je delal z Deepakom Nanjappo, podoktorskim raziskovalcem v njenem laboratoriju, ki je tudi avtor prispevka, pa tudi s Pam Green in njenimi člani laboratorija, Vinayjem Nagarajanom, podoktorskim raziskovalcem, in Monico Accerbi, raziskovalno sodelavko v Greenovem laboratoriju na Biotehnološkem inštitutu Delaware (DBI).

Skupaj sta preizkusila peščico metod in optimizirala tiste, ki so bile uspešne za Heterosigmo. Zlasti ena metoda je bila večkrat uspešno replicirana, kar je pokazalo, da so lahko proizvedli gensko spremenjen sev Heterosigma. S tem pristopom lahko znanstveniki zdaj preučijo genom Heterosigma akashiwo, da bi bolje razumeli, kako se ta vrsta odziva na okoljske znake ali kateri geni so odgovorni za njeno strupenost.

Eden od ciljev projekta je bil omogočiti prosto dostopnost vseh razvitih metod, tako da lahko znanstveniki prevzamejo te informacije in jih uporabijo v lastnih raziskavah.

"Fundacija Moore je financirala ta projekt s pričakovanjem, da bodo objavljene vse metode, razvite med to raziskavo," je dejal Coyne. "Nič ni lastniško za ta projekt, zato lahko delimo katerega koli od protokolov, ki smo jih razvili za Heterosigma."

Imobiliziranje algicidnih bakterij

Poleg tega je Coyne dala objaviti še en članek v znanstveni reviji Harmful Algae, v katerem je podrobno opisala njeno delo z Yanfei Wang, doktorskim študentom na CEOE, pri preučevanju algicidne bakterije Shewanella in kako jo je mogoče uporabiti za sanacijo HAB-jev.

Shewanella, ki je algicidna bakterija, izolirana iz celinskih zalivov Delaware, se razvija kot biološki nadzor za HAB. Izloča vodotopne spojine, ki zavirajo rast dinoflagelatov, enoceličnih organizmov, ki pogosto proizvajajo toksine in prispevajo k HAB. Druge raziskave te vrste Shewanella kažejo, da nima negativnih učinkov na rast drugih vrst alg ali na ribe ali školjke. Ker je bil izoliran iz lokalnih voda, se lahko šteje za "okoljsko nevtralno" rešitev za nadzor HAB.

Da bi uporabljali Shewanella v naravnem okolju za nadzor HAB-jev, mora najprej obstajati metoda za varno uporabo bakterije na območjih, ki so ogrožena za HAB-e.

Da bi to krmilno rešitev HAB približali realnosti, sta Coyne in Wang imobilizirala Shewanello v več poroznih materialov. Ta raziskava, ki jo je financiral Delaware Sea Grant, je ugotovila, kako dobro je vsak material sčasoma obdržal bakterije in ali je bila imobilizirana oblika Shewanella učinkovita pri nadzoru rasti dinoflagelatov.

Za razliko od drugih pristopov nadzora HAB, kot je uporaba strupenih kemikalij, kot je bakrov sulfat, je prednost uporabe imobiliziranih algicidnih bakterij možnost neprekinjenega nadzora HAB-jev brez potrebe po pogosti ponovni uporabi. Imobilizirane bakterije lahko odstranite tudi, ko jih ne potrebujete več.

Ta raziskava je pokazala, da je bil alginatni hidrogel najuspešnejši od poroznih materialov, uporabljenih v študiji, in je imel najboljše zadrževanje celic Shewanella.

Ta raziskava je tudi pokazala, da so celice Shewanella, imobilizirane v alginatnih kroglicah, enako učinkovite kot proste bakterije pri nadzoru rasti škodljivih vrst, hkrati pa niso imele negativnih učinkov na neškodljive kontrolne vrste.

Na splošno študija kaže, da se lahko imobilizirana Shewanella uporablja kot okolju prijazen pristop za preprečevanje ali ublažitev cvetenja škodljivih dinoflagelatov in zagotavlja vpogled in smernice za prihodnje študije.

Popularna tema