Mikroorganismer som lever i sedimenten begravda under havsbotten får sina näringsämnen genom att använda utsöndrade enzymer för att bryta ned adsorberad detritus. En ny studie visar att för att överleva länge, mikroorganismer äter varandra efter att de dör.

Sedimenten som ligger till grund för världens hav har en mångfald av mikrobiella samhällen. Många av organismerna i denna kyla, anoxisk miljö beror för deras överlevnad på organiskt material. Verkligen, marina sediment utgör den största reservoaren av organiskt kol på jorden, och förstå dynamiken i dess återvinning är avgörande för en tillförlitlig bedömning av effekterna av global uppvärmning. Mycket av det fasta kol som finns i sedimenten består av detritalproteiner och kolhydrater. Dock, lite är känt om de mikrobiella grupperna som är ansvariga för nedbrytningen av kolföreningar i undervattensgolvet. För att hjälpa till att fylla denna lucka i vår kunskap, William Orsi, Professor i geomikrobiologi vid Institutionen för jord- och miljövetenskap vid LMU, bestämde sig för att karakterisera dessa grupper genom att analysera, på den genetiska nivån, enzymerna som de utsöndrar i sin omgivning. Resultaten av studien har nu publicerats online i tidskriften Naturmikrobiologi .

Mikroorganismer använder extracellulära enzymer för att katalysera den kemiska nedbrytningen av organiska, kolhaltiga ämnen i det omgivande mediet. De resulterande nedbrytningsprodukterna tas upp av specialiserade transportproteiner och fungerar som energikällor och byggstenar för celltillväxt. Alla enzymer avsedda för export från celler innehåller en kort, definierad sekvens av aminosyror som fungerar som en identifieringstagg, som känns igen av den sekretoriska apparaten som gör det möjligt för dem att få tillgång till cellens yttre. Miljö -RNA -fragment som återvinns från sediment kan amplifieras och analyseras i laboratoriet, vilket möjliggör sekvenserna av dessa taggar, som kodar information för att producera enzymerna själva. "Med hjälp av en ny bioinformatisk metod, vi sökte efter evolutionärt bevarade, och därför funktionellt viktigt, aminosyrasekvensmotiv inom dessa igenkänningssekvenser. På det här sättet, vi kunde, för första gången, inte bara för att använda genetiska data för att härleda enzymfunktioner, men också för att specifikt identifiera de enzymer som utsöndras av celler som lever i dessa sediment, "Förklarar Orsi.

Orsi och hans kollegor använde sekvensdata som hade erhållits i en tidigare studie av miljö-RNA som återhämtats från en djuphavsborrplats utanför Perus kust. De nya resultaten visar att bakterier, archaea och svampar begravda i sedimenten vid havets botten producerar och utsöndrar en unik konstellation av enzymer. Dessa katalysatorer kan nedbryta biomolekyler som är associerade med sedimentära avlagringar, som kolhydrater, lipider och proteiner - men de kan också ta bort näringsämnen från döda celler. "Många av de enzymer som syntetiseras och utsöndras av svampceller angriper specifikt cellväggarna i archaea, medan många av de extracellulära enzymer som frigörs av bakterier kan bryta ned cellväggarna hos svampar, "Orsi säger." Med andra ord, olika klasser av mikrober kannibaliserar tydligen varandras "slaktkroppar." "Förmodligen, mikroorganismerna använder denna "nekromassa" som källa till kol och energi, vilket gör att de kan överleva i denna fientliga anoxiska zon, långt utanför solljusets räckvidd. De äldsta sedimenten som finns i borrkärnan återvanns från ett djup av 159 meter under havsbotten och är 2,8 miljoner år gamla.

Forskarna vill nu veta hur mycket kol som återvinns av de olika grupperna av organismer, för att uppskatta deras individuella bidrag till den globala koldioxidcykeln. "Våra data kan sedan införlivas i biogeokemiska modeller, vilket skulle öka förutsägbarheten hos sådana modeller, Säger Orsi.