Djur- och växtpopulationer har studerats omfattande, vilket har bidragit till att belysa ekosystemprocesser och evolutionära anpassningar. Detta har dock inte varit fallet med mikrobiella populationer, på grund av omöjligheten att isolera, odla och analysera det genetiska innehållet hos de olika arterna och deras individer i laboratoriet. Därför, även om det är känt att populationer av mikroorganismer inkluderar en stor mångfald, förblir den i stort sett okarakteriserad.
Nu har en ny studie från Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) nyligen publicerats i tidskriften Microbiome lyfter fram potentialen hos marina mikrobiella populationer som indikatorer på global förändring. Specifikt analyserar arbetet den kunskap som har genererats hittills om marina mikrobiella populationer och deras roll i ekosystemet, och drar slutsatsen att deras analys genom rum och tid skulle kunna spegla effekterna av globala förändringar.
"Detta beror på att små genetiska förändringar i dessa populationer kan vara mer direkt korrelerade med de små men kontinuerliga miljöförändringar som är förknippade med global förändring, än analysen av arter", förklarar Ramiro Logares, studiens författare.
Enligt forskaren hade detta inte varit möjligt utan nya molekylära och beräkningstekniker, som har gjort det möjligt att utforska på genetisk nivå och på ett mer generaliserat sätt distributionen och mångfalden av mikrobiella populationer i deras naturliga miljöer.
"Dessa tillvägagångssätt har gjort det möjligt att upptäcka genetiska variationer som kan återspegla anpassningar till miljöförändringar i modern skala, dvs. decennier eller år", tillägger Logares.
Studiet av variationen hos mikroorganismpopulationer har varit möjligt tack vare den storskaliga tillämpningen av molekylära tekniker såsom metagenomics och metatranscriptomics, som har revolutionerat förmågan att analysera dessa populationer direkt från deras livsmiljöer och övervinna några av begränsningarna i traditionell laboratoriekultur metoder.
Specifikt sammanställdes genetiska data från icke odlade vattenlevande mikrobiella arter för denna studie. Resultaten indikerade betydande genetisk mångfald i marina mikrobiella populationer och identifierade distinkta mönster av populationsdifferentiering och anpassning. Detta belyser den viktiga roll som miljöselektion, bland annat bestäms av temperatur, för att strukturera mikrobiella populationer.
"Detta arbete belyser vikten av att öka vår förståelse av mikrobiella populationer i havet. Att känna till den genetiska mångfalden och populationsdynamiken hos marina mikrober gör att vi kan få värdefull information om deras motståndskraft eller sårbarhet för globala förändringar", säger Logares.
Sammantaget fördjupar arbetet, baserat på en genomgång av mer än 150 artiklar, i egenskaperna och strukturen hos mikrobiella populationer, vilket ger en fullständig bild av hur den genetiska variabiliteten hos populationer kan relateras till ekosystemprocesser och evolutionära anpassningar.
Studien belyser också vikten av att förstå mikrobiella populationer i samband med globala förändringar och deras roll inom det marina ekosystemet. I havet är mikrober ansvariga för processer som återvinning av näringsämnen eller nedbrytning av föroreningar, vars effektivitet kan bero på egenskaperna hos mikrobiella populationer.
Av denna anledning förespråkar författaren att fortsätta att gräva djupare in i populationsgenomik för att reda ut denna fortfarande dåligt förstådda dimension av mikrobiell mångfald, som, han förutspår, "kommer att leda till en bättre förståelse av arkitekturen och funktionen av den marina mikrobiomen, något som i turn kommer att hjälpa till att utforma bättre förvaltnings- och bevarandestrategier."
Mer information: Ramiro Logares, Decoding populations in the ocean microbiome, Microbiome (2024). DOI:10.1186/s40168-024-01778-0
Journalinformation: Mikrobiom
Tillhandahålls av spanska nationella forskningsrådet
