Micro-organismen die leven in de sedimenten die onder de zeebodem zijn begraven, verkrijgen hun voedingsstoffen door uitgescheiden enzymen te gebruiken om geadsorbeerd afval af te breken. Een nieuwe studie toont aan dat om te overleven op lange tijdschalen, micro-organismen eten elkaar op nadat ze zijn gestorven.

De sedimenten die ten grondslag liggen aan de oceanen van de wereld herbergen een divers scala aan microbiële gemeenschappen. Veel van de organismen in deze kou, anoxische omgeving zijn voor hun voortbestaan ​​afhankelijk van organisch materiaal. Inderdaad, mariene sedimenten vormen het grootste reservoir van organische koolstof op aarde, en inzicht in de dynamiek van de recycling ervan is van vitaal belang voor een betrouwbare beoordeling van de impact van de opwarming van de aarde. Veel van de vaste koolstof die in de sedimenten wordt gevonden, bestaat uit detritale eiwitten en koolhydraten. Echter, er is weinig bekend over de microbiële groepen die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van koolstofverbindingen in de onderzeese bodem. Om deze leemte in onze kennis op te vullen, Willem Orsi, Hoogleraar Geomicrobiologie bij de afdeling Aard- en Milieuwetenschappen van LMU, trachten deze groepen te karakteriseren door te analyseren, op genetisch niveau, de enzymen die ze afscheiden in hun omgeving. De resultaten van het onderzoek zijn nu online gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Microbiologie .

Micro-organismen gebruiken extracellulaire enzymen om de chemische afbraak van organische, koolstofhoudende stoffen in het omringende medium. De resulterende afbraakproducten worden opgenomen door gespecialiseerde transporteiwitten en dienen als energiebronnen en bouwstenen voor celgroei. Alle enzymen die bestemd zijn voor export uit cellen bevatten een korte, gedefinieerde sequentie van aminozuren die dient als identificatielabel, die wordt herkend door het secretoire apparaat dat hen in staat stelt toegang te krijgen tot de buitenkant van de cel. Omgevings-RNA-fragmenten die zijn teruggewonnen uit sedimenten kunnen worden geamplificeerd en geanalyseerd in het laboratorium, waardoor de sequenties van deze tags mogelijk worden, die coderen voor informatie voor het produceren van de enzymen zelf. "Met behulp van een nieuwe bioinformatische methode, we zochten naar evolutionair geconserveerde, en dus functioneel belangrijk, aminozuursequentiemotieven binnen deze herkenningssequenties. Op deze manier, Wij waren in staat, Voor de eerste keer, niet alleen om genetische gegevens te gebruiken om enzymfuncties af te leiden, maar ook om specifiek die enzymen te identificeren die worden uitgescheiden door cellen die in deze sedimenten leven, ' legt Orsi uit.

Orsi en zijn collega's maakten gebruik van sequentiegegevens die waren verkregen in een eerdere studie van omgevings-RNA dat was teruggevonden op een diepzeeboorlocatie voor de kust van Peru. De nieuwe resultaten tonen aan dat bacteriën, archaea en schimmels begraven in de sedimenten op de bodem van de zee produceren en scheiden een unieke constellatie van enzymen af. Deze katalysatoren zijn in staat om biomoleculen af ​​te breken die zijn geassocieerd met sedimentaire afzettingen, zoals koolhydraten, lipiden en eiwitten, maar ze kunnen ook voedingsstoffen uit dode cellen halen. "Veel van de enzymen die door schimmelcellen worden gesynthetiseerd en uitgescheiden, vallen specifiek de celwanden van archaea aan, terwijl veel van de extracellulaire enzymen die door bacteriën worden afgegeven de celwanden van schimmels kunnen afbreken, " zegt Orsi. "Met andere woorden, verschillende klassen microben kunnen blijkbaar elkaars 'karkassen' kannibaliseren.' de micro-organismen gebruiken deze 'necromassa' als een bron van koolstof en energie, waardoor ze kunnen overleven in deze vijandige anoxische zone, ver buiten het bereik van zonlicht. De oudste sedimenten die in de boorkern zijn gevonden, zijn teruggevonden op een diepte van 159 meter onder de zeebodem en zijn 2,8 miljoen jaar oud.

De onderzoekers willen nu weten hoeveel koolstof er wordt gerecycled door de verschillende groepen organismen, om hun individuele bijdragen aan de wereldwijde koolstofcyclus te schatten. "Onze gegevens kunnen dan worden opgenomen in biogeochemische modellen, die de voorspellende kracht van dergelijke modellen zou vergroten, ' zegt Orsi.