Visuose pasaulio vandenynuose, vykstant pasauliniams maistinių medžiagų ciklams, maisto grandinėms ir klimatui, taip pat vis dažniau žmogaus sukeltuose pramoniniuose procesuose, įvairūs planktoniniai mikrobai, tokie kaip dumbliai, atlieka svarbų vaidmenį. Tačiau apie beveik visus šiuos planktoninius mikrobus genetiškai mažai žinoma, išskyrus kelias žymenų sekas, o jų morfologija, biologinė sąveika, metabolizmas ir ekologinė reikšmė lieka paslaptimi.
Dumbliai gamina pusę žemės atmosferoje esančio deguonies, o kai kurios dumblių formos yra naudojamos pramonėje, pvz., gaminant daug omega-3 riebalų rūgščių kūdikių mišiniams arba naudojami biokurui, todėl yra daug priežasčių, kodėl geriau. supratimas apie dumblius gali būti naudingas. Tačiau yra ir kita dumblių pusė, nes kai kurios rūšys gali sukelti žalingą dumblių žydėjimą (HAB), ir tai buvo Delavero universiteto Kathryn Coyne tyrimo dėmesys.
Mikrobų tyrimo pažanga
Siekdamas geriau suprasti ląstelių instrukcijas, kuriomis grindžiamas mikrobų gyvenimas jūroje, Coyne'as prisijungė prie daugiau nei 100 mokslininkų iš viso pasaulio institucijų, kad paskelbtų metodų arba protokolų rinkinį, skirtą laboratoriniams eksperimentams, kurie padės mokslininkams. geriau suprasti genetinius jūrų dumblių pagrindus kaip š altinį žurnale Nature Methods.
Darbas buvo finansuojamas Gordono ir Betty Moore fondo Jūrų mikrobiologijos iniciatyvos lėšomis. Už indėlį į bendradarbiavimą Coyne specialiai dirbo su Heterosigma akashiwo – dumblių rūšimi, kuri gali gaminti HAB.
Viena iš paslapčių apie H. akashiwo yra ta, kad nors kai kurios padermės gamina toksinus, kurie gali nužudyti žuvis, kitos padermės yra netoksiškos.
"Neturime aiškaus supratimo apie tai, kokį toksiną jie gamina. Mes tiesiog žinome, kad kai kuriose pasaulio vietose žydi šie dumbliai, jie yra susiję su didžiuliu žuvų žūimu", - sakė jis. Coyne'as, UD Žemės, vandenyno ir aplinkos koledžo (CEOE) jūrų biomokslų docentas ir Delavero jūros dotacijų programos direktorius. "Mes taip pat nežinome, kodėl kai kurios padermės gamina toksinus arba kas skatina šio toksino gamybą."
Mokslininkai dažnai naudoja genomo manipuliavimą, kad geriau suprastų, kaip mikrobai reaguoja į aplinką, arba kad nustatytų genus, kurie gali būti susiję su specifine reakcija, pvz., toksinų gamyba. Tačiau skirtingai nuo kitų dumblių rūšių, kurios yra genomo manipuliacijų modeliai, H. akashiwo neturi ląstelės sienelės, o turi tik ploną membraną, kuri išlaiko ląstelės formą. Coyne'as paaiškino, kad ląstelės sienelės turėjimas gali būti kliūtis genomo manipuliavimui ir kad tokie eksperimentai iš pradžių paprastai reikalauja tam tikrų pastangų, kad būtų pašalinta ląstelės sienelė arba ji taptų poringesnė.
Kadangi H. akashiwo trūko ląstelės sienelės, Coyne ir jos tyrimų grupė pasiūlė, kad šios rūšies genomo manipuliavimas galėtų būti paprastesnis, ir sugebėjo įrodyti, kad naudojant kelis genų manipuliavimo metodus, kurie buvo sėkmingi kitose modelio rūšys.
„Sukūrėme genetinės medžiagos gabalėlį, kurį būtų galima įterpti į Heterosigma ląsteles, kad jos būtų atsparios konkrečiam antibiotikui“, – sakė Coyne'as. „Jei mums pasiseks, galėtume juos auginti šiame antibiotikoje, o ląstelės, į kurias buvo įtrauktas atsparumo genas, išgyventų.“
Coyne dirbo su Deepaku Nanjappa, savo laboratorijos mokslininku doktorantūru, kuris taip pat yra šio straipsnio autorius, taip pat su Pam Green ir jos laboratorijos nariais, Vinay Nagarajanu, doktorantu ir Monica Accerbi, mokslo bendradarbe. Greeno laboratorijoje Delavero biotechnologijos institute (DBI).
Kartu jie išbandė keletą metodų ir optimizavo tuos, kurie buvo sėkmingi Heterosigma. Ypač vienas metodas buvo sėkmingai pakartotas kelis kartus, parodydamas, kad jie sugebėjo pagaminti genetiškai modifikuotą Heterosigma padermę. Taikydami šį metodą mokslininkai dabar gali ištirti Heterosigma akashiwo genomą, kad geriau suprastų, kaip ši rūšis reaguoja į aplinkos požymius arba kokie genai yra atsakingi už jos toksiškumą.
Vienas iš projekto tikslų buvo padaryti visus sukurtus metodus laisvai prieinamus, kad mokslininkai galėtų pasinaudoti šia informacija ir panaudoti ją savo tyrimuose.
"Moore fondas finansavo šį projektą, tikėdamasis, kad visi šio tyrimo metu sukurti metodai bus paskelbti", - sakė Coyne'as. "Šiam projektui nieko nėra nuosavybės teise, todėl galime bendrinti bet kurį Heterosigma sukurtą protokolą."
Alicidinių bakterijų imobilizavimas
Be to, Coyne moksliniame žurnale „Harmful Algae“paskelbė kitą straipsnį, kuriame išsamiai aprašytas jos darbas su CEOE doktorante Yanfei Wang, tiriant algicidinę bakteriją Shewanella ir kaip ją būtų galima panaudoti HAB gydymui.
Shewanella, algicidinė bakterija, išskirta iš Delavero vidaus įlankų, kuriama kaip biologinė HAB kontrolė. Jis išskiria vandenyje tirpius junginius, kurie slopina dinoflagellatų, vienaląsčių organizmų, kurie dažnai gamina toksinus ir prisideda prie HAB, augimą. Kiti šios Shewanella rūšies tyrimai rodo, kad jis neturi neigiamo poveikio kitų rūšių dumblių augimui, žuvims ar vėžiagyviams. Kadangi jis buvo izoliuotas nuo vietinių vandenų, jis gali būti laikomas „aplinkai neutraliu“sprendimu kontroliuojant HAB.
Norint naudoti Shewanella natūralioje aplinkoje kontroliuojant HAB, pirmiausia turi būti sukurtas būdas saugiai paskleisti bakteriją srityse, kuriose gresia HAB.
Kad šį HAB valdymo sprendimą priartintų prie realybės, Coyne'as ir Wangas imobilizavo Shewanella į kelias porėtas medžiagas. Šis tyrimas, kurį finansavo Delaware Sea Grant, nustatė, kaip kiekviena medžiaga laikui bėgant išlaikė bakterijas ir ar imobilizuota Shewanella forma buvo veiksminga kontroliuojant dinoflagelatų augimą.
Skirtingai nuo kitų HAB kontrolės metodų, tokių kaip toksiškų cheminių medžiagų, pvz., vario sulfato, naudojimas, imobilizuotų algicidinių bakterijų naudojimo pranašumas yra galimybė nuolat kontroliuoti HAB, nereikia dažnai pakartotinai naudoti. Imobilizuotas bakterijas taip pat galima pašalinti, kai jų nebereikia.
Šis tyrimas parodė, kad alginato hidrogelis buvo sėkmingiausias iš tyrime naudotų akytų medžiagų ir geriausiai sulaikė Shewanella ląsteles.
Nr.
Apibendrinant, tyrimas rodo, kad imobilizuota Shewanella gali būti naudojama kaip aplinkai nekenksmingas būdas užkirsti kelią žalingų dinoflagellatų žydėjimui arba jį sušvelninti, ir suteikiama įžvalga bei nurodymai būsimiems tyrimams.
