När det gäller ostron och deras roll för att minska näringsföroreningar, en ny studie av forskare vid William &Mary's Virginia Institute of Marine Science får rätt i frågan - och skalet - i saken.

Studien, i 29 september -numret av PLoS ONE , är den första som identifierar och kvantifierar potentiellt denitrifierande bakterier i ostron tarmen och skalet, och den första att göra det med ett nytt datorprogram som infererar bakteriell aktivitet baserat på sekvenserna av ribosomala RNA -gener.

Denitrifikation är den process genom vilken nitrat och nitrit-föreningar som driver övergödsling av kustvatten-reduceras till kvävgas, som är ofarligt för vattenlevande livsmiljöer. Överskott av kväve från avloppsreningsverk, jordbruksgödsel, och andra mänskliga källor kan leda till döda zoner med låg syrehalt, "minskade fiskeskördar, och förlust av havsgräsbiotop. Chesapeake Bay är ett av många ekosystem världen över som har drabbats av dessa effekter.

Huvudförfattare till studien är Ann Arfken, en doktorsexamen student i labbet för VIMS docent och medförfattare BK Song. Andra medförfattare är Dr. Jeff Bowman från Scripps Institution of Oceanography och Michael Piehler från University of North Carolina.

"De flesta studier om denitrifikation i samband med ostron har fokuserat på sediment i och runt ostronrev, "säger Arfken." Vår är den första att utforska förmågan till denitrifikation av mikrobiomer som lever inuti och på ostronen själva. "Ett" mikrobiom "är gemenskapen av mikroskopiska organismer som lever i varje levande varelse, från kvalsterna som bor bland dina ögonfransar till bakterierna som sitter bland tomatrötter.

Resultaten av studien har viktiga konsekvenser för ansträngningar att minska näringsnivåer i kustvatten genom ostronrestaurering. "Vi fann att ostronskal innehåller unika mikrobiella samhällen med högre denitrifikationsaktiviteter än sediment, "säger Song." Det är alltså möjligt att minska näringsämnen i början av ett ostronreparationsprojekt eftersom skalmikrobiomer aktivt tar bort fixat kväve. "

En ekonomisk och logistisk utmaning

Ny forskning visar att mikrobiomer spelar en nyckelroll i organismens fysiologi och ekologi, men, säger Song, "Att undersöka kopplingen mellan den genetiska sammansättningen och funktionerna hos ett mikrobiom har länge varit en utmaning."

Den utmaningen är både ekonomisk och logistisk. "Studier av en organismens hela genetiska sammansättning-dess genom-är mycket dyra, och kanske inte fungerar för prover där bidraget från mikrober är lågt, "säger Song." Som ett resultat, många studier förlitar sig på amplikonsekvensering av ribosomala RNA -gener för att identifiera mikrobiella taxa. "Detta tillvägagångssätt är billigare, men ger begränsad insikt i de metaboliska vägar som är associerade med olika mikrobiomer - i det här fallet om de har de gener som behövs för denitrifikation.

För att hantera dessa utmaningar, laget använde en ny teknik som utvecklats av Bowman. Kallas "PAPRICA" - för PAthway -förutsägelse av fylogenetisk plAcement - det gör det möjligt för forskare att utläsa metaboliska vägar från gensekvenser associerade med en liten subenhet av ribosom som kallas16S rRNA.

"Vi kombinerade en anpassad genomisk databas med PAPRICA -programmet för att identifiera bakterier som bär denitrifikationsgener bland mikrobiomerna associerade med ostron -tarmar, skal, och revsediment, säger Song. Han förklarar, "Detta skulle vara ungefär som att skilja mellan olika mänskliga populationer genom att jämföra antalet magbesvär med den gen som behövs för att smälta mjölk."

Forskargruppen mätte sedan denitrifikationsgraden i kammare som innehåller levande ostron, ostronskal, eller sediment som samlats upp nära ostronrev, upptäcka mycket högre priser i kamrarna som håller levande ostron och skal. När de jämförde dessa hastigheter med överflödet av denitrifikationsgener i de tre mikrobiomerna, de såg en stark korrelation mellan höga denitrifikationshastigheter och en gensekvens som kallas nosZI.

"Vi fann att bakterier som bär nosZI -gener är viktiga denitrifierare, och underlätta avlägsnande av kväve i ostronrev, säger Arfken.

Forskarna varnar, dock, att mer forskning behövs. "Vi måste vara försiktiga när vi avgör denitrifikation och andra metaboliska processer från närvaron av en gen i ett bakteriellt genom, "säger Arfken." Dessa processer är ofta extremt komplexa, och kräver samordnat uttryck av flera olika gener. Dessutom, många organismer kan bära en gen men inte uttrycka den, "En sista utmaning, hon säger, är att "många bakterier förblir oklassificerade eller har identifierat genomer som antingen är ofullständiga eller av låg kvalitet."

Men forskarna förblir optimistiska. "Vi är glada över att fortsätta fler studier för att ytterligare validera användningen av genbaserade metaboliska slutsatser som en tillförlitlig metod för att bedöma den metaboliska potentialen hos mikrobiomer, "säger Song.