En omfattande analys av bakteriesamhällen från Deception Island, en aktiv vulkan i Antarktis, belyser potentialen för att använda värmeälskande bakterier för att rensa upp oljeföroreningar, visar ny forskning ledd av KAUST-forskare.

Júnia Schultz började nyligen på KAUST som postdoc och arbetade med Alexandre Rosado. Hon har siktet inställt på att karakterisera mikrobiomet i extrema terrestra miljöer i Saudiarabien, inklusive vulkaner, öknar och geotermiska platser. Dessa extremofiler, bakterier som växer i världens mest extrema miljöer, inklusive de som älskar värme (termofiler), har en enorm potential för en myriad av bioteknologiska tillämpningar.

"Extremofiler trivs under en mängd fientliga förhållanden och har anpassat sig för att förbli metaboliskt aktiva under utmanande omständigheter", säger Schultz. "De uppvisar mångsidiga, olika metaboliska och fysiologiska förmågor och syntetiserar ofta värdefulla bioprodukter."

Sådana bioprodukter inkluderar enzymer och bioaktiva föreningar som kan användas i industrier som jordbruk, farmakologi och till och med rymdutforskning. Extremofiler kan också tillhandahålla en säker och effektiv metod för att rensa upp oljeföroreningar.

"Vissa bakterier äter petroleum som en källa till kol, näringsämnen och energi", säger Schultz. "För att göra detta utsöndrar de först ytaktiva ämnen - ämnen som bryter oljans ytspänning - innan de absorberar den emulgerade petroleumen i sina celler, där den bryts ned via enzymatisk aktivitet."

För sin doktorsexamen var Schultz nyfiken på att ta reda på om sådana bakterier finns i vulkanen Deception Island i Antarktis. Denna tidigare orörda kontinent är nu sårbar för föroreningar, inklusive oljeförorening, och forskare hoppas kunna hitta källor till lokala bakteriesamhällen med potential att hjälpa till med dekontaminering.

Schultz och medarbetare isolerade 126 bakteriestammar från prover som samlats in på två geotermiska platser på Deception Island.

"Dessa termofiler kan ge värdefulla och intressanta bioprodukter, inte bara för oljesanering utan för många applikationer", säger Schultz. "Det är dock svårt att efterlikna extrema miljöer i labbet för att odla dessa bakteriestammar. Den cellulära biomassan av mikroorganismer är mycket låg i extrema miljöer, vilket gör det utmanande att extrahera DNA."

Efter mycket ihärdighet kunde forskarna samla in tillräckligt med högkvalitativt DNA för att utföra genomisk analys och odla 126 bakteriestammar. Särskilt intressanta var de genomiska egenskaperna och den metaboliska potentialen hos sju stammar av Anoxybacillus flavithermus.

Teamet identifierade gener relaterade till genomstabilisering under temperaturfluktuationer, värme- och köldchockproteiner, DNA-reparation mot UV-strålning och motståndskraft mot alkaliska förhållanden, såväl som gener för stärkelse och cellulosanedbrytning.

Teamet analyserade alla 126 stammar för deras förmåga att producera biotensider och att bryta ner olja. Av dessa växte 76 stammar bra i kulturer med råolja som enda kolkälla. Trettio stammar visade särskilt goda resultat för oljenedbrytning; 13 av dessa producerade också bioytaktiva ämnen, inklusive en stam av A. flavithermus.

Olja är en av de mest komplexa föroreningarna på jorden, och effektiviteten och effektiviteten av mikrobiell nedbrytning kommer att bero på flera faktorer, från lokala miljövariabler som temperatur och pH, ​​till fraktioner, mängd och sammansättning av olja som finns på en given plats.

"Fullständig förståelse för lokala bakteriestammar och deras metaboliska potential är avgörande för att utforma framtida tillvägagångssätt för att hantera petroleumkontamination, inte bara i Antarktis utan över hela världen", säger Schultz. "Jag är entusiastisk över den potential som extremofiler ger, och jag ser fram emot att utforska Saudis extrema miljöer för nya bioprodukter för alla möjliga tillämpningar."

Forskningen publicerades i Microorganisms och Frontiers in Microbiology . + Utforska vidare

Subarktiska grottbakterier kan vara i riskzonen på grund av klimatförändringar