Studie wirft neues Licht auf chemische Prozesse, die dazu führen, dass Meeresbakterien von der Koexistenz mit einem Algenwirt in den Killermodus wechseln – ScienceDaily

Wissenschaftler haben detailliert die Veränderung des Lebensstils beschrieben, die bei Meeresbakterien auftritt, wenn sie von einer Koexistenz mit ihren Algenwirten in einer für beide Seiten vorteilhaften Wechselwirkung zu einer plötzlichen Zerstörung dieser übergehen. Die Ergebnisse wurden heute in veröffentlicht eLife.

Die Details dieses Lebensstilwechsels könnten neue Einblicke in die Regulierung der Algenblütendynamik und ihre Auswirkungen auf großräumige biogeochemische Prozesse in der Meeresumwelt liefern.

Einzellige Algen, bekannt als Phytoplankton, bilden ozeanische Blüten, die für etwa die Hälfte der auf der Erde stattfindenden Photosynthese verantwortlich sind, und bilden das Rückgrat mariner Nahrungsnetze. Daher ist das Verständnis der Faktoren, die das Wachstum und den Tod von Phytoplankton steuern, entscheidend für die Aufrechterhaltung eines gesunden Meeresökosystems. Es ist bekannt, dass Meeresbakterien aus der Roseobacter-Gruppe sich mit Phytoplankton in einer für beide Seiten vorteilhaften Wechselwirkung verbinden und koexistieren. Phytoplankton versorgt Roseobacter mit für das Bakterienwachstum nützlichen organischen Substanzen wie Zucker und Aminosäuren, und Roseobacter liefert im Gegenzug B-Vitamine und wachstumsfördernde Faktoren.

Jüngste Studien haben jedoch gezeigt, dass Rheobakterien ihren Lebensstil von Koexistenz zu Pathogenität ändern, wenn sie ihre Phytoplankton-Wirte töten. Eine chemische Verbindung namens DMSP wird von Algen produziert und soll bei diesem Wechsel eine Rolle spielen.

„Wir haben zuvor diesen Roseobacter identifiziert Sulfitobacter D7 spiegelt die Lebensweise während der Interaktion mit Phytoplanktern wider Emiliana Huxley“, bemerkt Erstautor Noah Barak-Gavish, Doktorand in der Abteilung für Pflanzen- und Umweltwissenschaften am Weizmann Institute of Science, Israel. „Unser Wissen über die Faktoren, die diesen Übergang bestimmen, war jedoch noch begrenzt.“

Um diese Änderung des Lebensstils zu charakterisieren, führten Barak-Gavish und Kollegen ein Transkriptom-Experiment durch, das es ihnen ermöglichte, Gene zu vergleichen, die unterschiedlich exprimiert wurden Sulfitobacter D7 in den Stadien der Koexistenz oder Pathogenität.

Dies wurde durch ihren experimentellen Aufbau demonstriert Sulfitobacter D7s, die in einer pathogenitätsinduzierenden Umgebung gezüchtet werden, weisen eine höhere Expression von Transportern für Metaboliten wie Aminosäuren und Kohlenhydrate auf als solche, die in einer kommensalen Umgebung gezüchtet werden. Diese Transporter dienen dazu, die Aufnahme von Metaboliten zu maximieren, die infolge des Todes freigesetzt werden Emiliana Huxley (E. huxleyi). Darüber hinaus in pathogenen Sulfitobacter D7 beobachtete das Team eine erhöhte Aktivierung von Flagellengenen, die für die Bakterienbewegung verantwortlich sind. Diese beiden Faktoren ermöglichen Sulfitobacter D7, eine „Eat and Run“-Strategie anzuwenden, wenn sie Konkurrenten für veröffentlichtes Material überbieten E. huxleyi Die Zellen werden sterben und auf der Suche nach einem anderen geeigneten Wirt davonsegeln.

Das Team bestätigte die Rolle von DMSP beim Übergang zu diesem Tötungsverhalten, indem es die aktivierten Gene kartierte Sulfitobacter D7 als Reaktion auf das Vorhandensein von DMSP und anderen aus Algen stammenden Verbindungen. Wenn jedoch nur DMSP vorhanden war, trat keine Änderung des Lebensstils auf. Dies bedeutet, dass DMSP zwar eine Änderung des Lebensstils vermittelt, aber auch von der Anwesenheit eines anderen abhängt E. huxleyi-Abgeleitete infochemische Verbindungen, die von Organismen produziert und zur Kommunikation verwendet werden. DMSP ist eine Infochemikalie, die von vielen Phytoplankton produziert wird, daher ist es wahrscheinlich, dass andere notwendige Infochemikalien es Bakterien ermöglichen, einen bestimmten Phytoplankton-Wirt zu erkennen. In einer natürlichen Umgebung, in der viele verschiedene mikrobielle Arten koexistieren, würde diese Spezifität sicherstellen, dass die Bakterien nur dann in die Veränderung der Genexpression und des Stoffwechsels investieren, wenn der richtige Algenpartner vorhanden ist.

Die Studie zeigt auch die Rolle von Benzoat aus Algen Sulfitobacter D7 und E. huxleyi Interaktion Auch bei hohen DMSP-Konzentrationen wirkt Benzoat unterstützend auf das Gemeinschaftsleben. Benzoat ist ein wirksamer Wachstumsfaktor und wird bereitgestellt E. huxleyi zu Sulfitobacter D7 während des Zusammenlebens. Die Autoren glauben, dass bis Sulfitobacter D7 wird von der Koexistenz profitieren, Materialien für Wachstum erhalten und eine wechselseitige Interaktion unterstützen. Wenn weniger Benzoat und andere Substrate für das Wachstum verfügbar sind, ändern die Bakterien ihren Lebensstil und töten ihr Wirtsphytoplankton, indem sie alle verbleibenden nützlichen Materialien absorbieren.

Präziser Mechanismus Sulfitobacter D7 Pathogenität gegen E. huxleyi bleibt zu entdecken, und die Autoren ermutigen zu weiteren Arbeiten auf diesem Gebiet. Das Typ-2-Zellmaschinerie-Sekretionssystem – ein Komplex, den viele Bakterien verwenden, um Materialien durch die Zellmembran zu bewegen – ist häufiger anzutreffen Sulfitobacter D7 im Vergleich zu anderen Roseobakterien, was auf eine einzigartige Art der Pathogenität hinweist, die weiterer Untersuchungen bedarf.

„Unsere Arbeit bietet einen kontextuellen Rahmen für den Übergang von der Koexistenz zur Pathogenität in der Roseobacter-Phytoplankton-Interaktion“, schließt Seniorautor Assaf Vardi, Professor in der Abteilung für Pflanzen- und Umweltwissenschaften am Weizmann Institute of Science. „Diese Wechselwirkungen sind eine unterschätzte Komponente bei der Regulierung der Dynamik der Algenblüte, und weitere Forschungen auf diesem Gebiet könnten Einblicke in ihre Auswirkungen auf das Schicksal von Kohlenstoff und Schwefel in der Meeresumwelt geben.“

Leave a Comment