En ny studie från Scripps Institute of Oceanography i La Jolla, Kalifornien, visar molekylära maskiner som hjälper till att flytta järn genom den marina miljön. Forskarna rapporterar den här veckan i mSystems , en open access -tidskrift från American Society for Microbiology, på hur Roseobacter bakterier hävdar hem, en järnhaltig molekyl som är utbredd i havet, direkt från algceller som har dött och sönderfallit.

Bakterier i havet förbrukar material från växtplankton - som alger - och återvinner näringsämnen som kol, kväve, och stryka tillbaka i matväven. Tidigare studier har analyserat mikrober och molekyler som hjälper till att flytta kol och kväve genom havsmiljön, men de mikrobiella processerna som är ansvariga för att cykla spårmetaller som järn är i stort sett okända, säger studieledare och mikrobiolog Shane Hogle.

Det är en viktig utelämning eftersom järn spelar en avgörande roll i havets matväv. Studier uppskattar att nästan en fjärdedel av järnet i vissa delar av havsytan passerar genom bakterier. Järn kan öka eller begränsa tillväxten av plankton, och stora delar av havet drivs av järn som har återvunnits av mikrober, säger Hogle, nu postdoktor vid Massachusetts Institute of Technology, i Cambridge. Han säger att en bättre förståelse av järncykeln kommer att förbättra forskarnas förmåga att förutsäga kemiska förändringar i den marina miljön.

"Om vi ​​vill modellera hur järncykeln kan förändras under framtida klimatförändringar, vi behöver en mekanistisk förståelse för vad som händer just nu, " han säger.

Forskarna analyserade 153 genomer från Roseobacter bakterie, en grupp mikroorganismer som ofta förekommer tillsammans med algblomningar och som är kända för att vara viktiga aktörer i marina kol- och svavelcykler. I 69 genomer, eller cirka 45 procent, forskarna identifierade en hel uppsättning gener som antas vara inblandade i upptag av hem, en järnhaltig enzymkofaktor som förekommer i marin växtplankton, som alger. Många Roseobacter stammar växer i nära samband med algceller, och tidigare studier har föreslagit att hem kan vara en viktig järnkälla för bakterier som lever nära växtplankton.

Efterföljande experiment utförda av forskarna verifierade genernas roll i att förvärva hem, och ytterligare analyser av Roseobacter stammar tyder på att bakterierna tar hemmen direkt från lyserade celler, snarare än som ett resultat av en flerstegsprocess. Denna bakteriella process håller järnet från döda växtplankton i den mikrobiella matväven nära havets yta.

"De injicerar det tillbaka i den mikrobiella matväven, istället för att låta det falla ut och bosätta sig på botten av havet, säger Hogle.

Han och hans medarbetare - mikrobiologen Bianca Brahamsha och biogeokemisten Katherine A. Barbeau, båda från Scripps - ville också veta om hemtransportörer var vanliga i marina samhällen. Det verkade inte vara fallet:Forskarna hittade lite bevis för mekanismer för upptagning av hem efter att ha sökt i offentliga databaser av metatranscriptomes och metagenomes.

Dock, bakterier som kan använda hem kan vara svaga men mäktiga, säger Hogle. Nyligen genomförda studier av kolcykeln har visat att vissa marina bakterier som inte förekommer i metagenomiska databaser blir mycket rikliga under speciella förhållanden - och kan återvinna betydligt mer kol än andra, mer utbredda klader.

Hogle föreslår att det också kan vara fallet med järn. "Klader som i genomsnitt inte är mycket rikliga men mer dynamiska än andra kan ha ett lika viktigt bidrag till biogeokemisk cykling i havet, " han säger.