Röda havets kirurgfiskar använder metaboliskt olika jättebakterier för att smälta olika typer av alger, enligt ny forskning. Dessa fynd förklarar inte bara grunden för kirurgens mångfald, men de kan också utgöra en värdefull genetisk resurs för biobränsleforskning.

Ett internationellt team ledd av KAUST-forskare använde sekvenseringstekniker med hög genomströmning för att studera symbiotiska mikrobsamhällen i tarmarna hos marina alger som matar Röda havets kirurgfiskar. Genom att analysera genomen, de upptäckte att samhällena domineras av en enda grupp jättebakterier som kallas Epulopiscium, och att de saknar den mångfald som finns i mikrobiomen hos landlevande växtätare.

"Nedbrytningen av växtbiomassa hos landlevande ryggradsdjur kräver vanligtvis cocktails av enzymer som kommer från tarmmikroorganismer, som var och en har kapacitet att bryta ner olika beståndsdelar, " förklarar KAUST-forskaren David Ngugi, som ledde studien. Alger saknar många av de komplexa cellväggsbeståndsdelar och polysackarider som finns i landväxter, såsom lignin och cellulosa, och så en enklare mikrobiell gemenskap är sannolikt tillräckligt för att smälta dem.

Ändå, analys av genuttryck avslöjade stora skillnader mellan Epulopiscium hos kirurgfiskar specialiserade på att mata på röda eller bruna alger. "Beroende på algerna som värden livnär sig på, Epulopiscium har motsvarande enzymer för att bryta ner dessa polysackarider, " säger Ngugi. "Så mycket att du förmodligen inte kan ta en Epulopiscium från en rödalgätande värd och transplantera den till brunalgätande värd eftersom de inte har den metaboliska kapaciteten att bryta ned vad den andra värden äter."

Denna specialisering hjälper till att förklara mångfalden av revkirurgfiskar eftersom de delar upp miljön i olika dietnischer. Baserat på deras analyser, forskarna föreslår att dela upp det symbiotiska Epulopiscium i tre släkten.

Teamet spårade också genuttryck i Epulopiscium under en dag och fann att det matchade värdens livsstil, med gener relaterade till matsmältningen aktiva under morgonen när värden matade. "Det var riktigt spännande, " säger Ngugi, eftersom det tydligt visade jättebakteriernas roll i tarmen.

Förmågan att jäsa alger kommer att göra Epulopiscium till en värdefull genetisk resurs för utvecklingen av algbaserade biobränslen. Fynden visar också på sambandet mellan mat, fisk och mikrober som underbygger mångfalden av revsamhällen. "Den typ av symbios som har utvecklats för att utnyttja de specifika matresurserna i revet har inträffat över evolutionära tidsskalor, " säger Ngugi. "Våra data tyder på att det inte är något som kan förvärvas eller återupprättas på kort tid."