En Scripps Institution of Oceanography vid University of California San Diego-ledd forskargrupp upptäckte för första gången att en vanlig marin svamp är värd för bakterier som är specialiserade på produktion av giftiga föreningar nästan identiska med konstgjorda brandskyddsmedel.

De nya rönen sätter forskargruppen ett steg närmare att reda ut mysteriet med denna kraftfulla grupp av kemiska föreningar, känd som polybromerade difenyletrar (PBDE), i den marina miljön. PBDE är en undergrupp av bromerade flamskyddsmedel som kombineras till skum, textilier, och elektronik för att höja temperaturen vid vilken produkterna kommer att brinna. Dessa konstgjorda industrikemikalier är kraftfulla hormonstörande ämnen som efterliknar aktiviteten hos människokroppens mest aktiva sköldkörtelhormon.

Vinayak Agarwal, en postdoktor vid Scripps, tog upp ett kallfall som startade för nästan 50 år sedan av Scripps kemist John Faulkner, en tidig pionjär inom studiet av naturliga produkter från havet, att fortsätta undersökningen av källan till dessa giftiga föreningar som finns i stora mängder i världshaven.

"För första gången kunde vi definitivt visa att gener och enzymer som produceras i bakterier från svampar är ansvariga för produktionen av dessa föreningar som är giftiga för människor, sa Agarwal, medförfattare till tidningen tillsammans med Scripps doktorand Jessica Blanton.

Studien var en del av National Science Foundation (NSF) / National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS)-finansierade Center for Oceans and Human Health forskning som genomförs på Scripps.

Under 2014, Agarwal och kollegor på Scripps Oceanography var de första som upptäckte att obesläktade frilevande marina bakterier producerar dessa brandhämmande föreningar naturligt, om än i mycket små mängder.

I denna nya studie, forskarna använde två moderna tekniker - genom "gruvbrytning" som pionjärer av Scripps marinkemist Brad Moore och en miljö-DNA-sekvensering tillvägagångssätt som pionjärer av Scripps biolog Eric Allen - för att ta undersökningen ett steg längre och identifiera de specifika gener och enzymer som är involverade i överproduktion av de giftiga molekylerna i svampar.

Marina svampar får mat och syre genom att filtrera havsvatten genom porerna och kanalerna i deras kroppar. Detta konstanta vattenflöde innebär att dessa orörliga djur är värd för många bakterier, virus, och svampar i deras komplexa mikrobiomer.

Forskargruppen samlade in 18 svampprover för studien under två forskningsexpeditioner till Guam. De isolerade sedan de olika komponenterna i denna komplexa blandning av organismer från svampens vävnader för att identifiera de specifika gener och enzymer som kodar för produktionen av PBDE.

"Under många år hittade forskare ledtrådar som tydde på att naturen gjorde dessa föreningar, sa Bradley Moore, en professor vid Scripps Center of Marine Biotechnology and Biomedicine och Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences vid UC San Diego, och en senior författare av studien. "Nu när vi förstår hur de produceras i den marina miljön, vi undersöker varför de finns, och de hälsoproblem som är förknippade med dem."

Moores genom "mining" tillvägagångssätt tillsammans med Allens metagenomiska sekvensering ger forskare ett sätt att koppla de naturliga kemikalier som produceras av organismer tillbaka till enzymerna som konstruerar dem.

Studien, som visas på omslaget till tidskriftens majnummer Natur kemisk biologi , var ett unikt samarbete mellan kemister och biologer vid UC San Diego och på andra håll.

"Denna studie är en kraftfull kombination av kemikalier, biologisk och miljöforskning, " sa Henrietta Edmonds från NSF:s avdelning för havsvetenskaper, som stödde forskningen. "Det har potential att hjälpa oss att förstå produktionen, öde och hälsokonsekvenser av naturliga och förorenande föreningar i den marina miljön."

"Vi bryr oss om naturligt producerade PBDE eftersom de hamnar i näringskedjan, sade Frederick Tyson, Ph.D., av NIEHS, som hjälpte till att finansiera forskningen. "Preliminära data från detta forskarteam tyder på att vissa naturligt förekommande PDBE kan vara ännu mer giftiga än de som är konstgjorda, så vi måste utveckla en bättre förståelse för dessa föreningar."

Dessa havslevande mikrober har hittats i livsmiljöer så olika som sjögräs, koraller och valar.

Nästa steg i undersökningen för forskarna är att bryta generna och enzymerna i andra marina värdar för att ta reda på vilka andra organismer som gör liknande giftiga föreningar och varför.