Een nieuwe studie van het Scripps Institute of Oceanography in La Jolla, Californië, toont de moleculaire machinerie die helpt ijzer door het mariene milieu te verplaatsen. De onderzoekers rapporteren deze week in mSystemen , een open access tijdschrift van de American Society for Microbiology, over hoe Roseobacter bacteriën claimen heem, een ijzerhoudend molecuul dat wijdverspreid is in de oceaan, rechtstreeks van algencellen die zijn gestorven en uiteengevallen.

Bacteriën in de oceaan consumeren materiaal van fytoplankton-achtige algen en recyclen voedingsstoffen zoals koolstof, stikstof, en ijzer terug in het voedselweb. Eerdere studies hebben de microben en moleculen geanalyseerd die helpen koolstof en stikstof door het mariene milieu te verplaatsen, maar de microbiële processen die verantwoordelijk zijn voor cyclische sporenmetalen zoals ijzer zijn grotendeels onbekend, zegt studieleider en microbioloog Shane Hogle.

Dat is een belangrijke omissie omdat ijzer een cruciale rol speelt in het voedselweb van de oceaan. Studies schatten dat bijna een kwart van het ijzer in sommige delen van het oceaanoppervlak door bacteriën gaat. IJzer kan de groei van plankton stimuleren of beperken, en grote delen van de oceaan worden gevoed door ijzer dat is gerecycled door microben, zegt Hogle, nu een postdoctoraal onderzoeker aan het Massachusetts Institute of Technology, in Cambridge. Hij zegt dat een beter begrip van de ijzercyclus het vermogen van wetenschappers om chemische veranderingen in het mariene milieu te voorspellen, zal verbeteren.

"Als we willen modelleren hoe de ijzercyclus zou kunnen veranderen onder toekomstige klimaatverandering, we hebben een mechanisch begrip nodig van wat er op dit moment aan de hand is, " hij zegt.

De wetenschappers analyseerden 153 genomen van Roseobacter bacteriën, een groep micro-organismen die vaak samen met algenbloei voorkomen en waarvan bekend is dat ze belangrijke spelers zijn in de mariene koolstof- en zwavelcycli. In 69 genomen, of ongeveer 45 procent, de wetenschappers identificeerden een volledige set genen waarvan wordt aangenomen dat ze betrokken zijn bij de opname van heem, een ijzerbevattende enzymcofactor die veel voorkomt in marien fytoplankton, zoals algen. Veel Roseobacter stammen groeien in nauwe samenwerking met algencellen, en eerdere studies hebben gesuggereerd dat heem een ​​belangrijke bron van ijzer kan zijn voor bacteriën die in de buurt van fytoplankton leven.

Daaropvolgende experimenten uitgevoerd door de onderzoekers bevestigden de rol van de genen bij het verkrijgen van heem, en verdere analyses van Roseobacter stammen suggereert dat de bacteriën de heem rechtstreeks uit gelyseerde cellen nemen, in plaats van als resultaat van een meerstappenproces. Dit bacteriële proces houdt het ijzer van dood fytoplankton in het microbiële voedselweb nabij het oppervlak van de oceaan.

"Ze injecteren het terug in het microbiële voedselweb, in plaats van het eruit te laten vallen en zich op de bodem van de oceaan te laten zakken, ' zegt Hogel.

Hij en zijn medewerkers - microbioloog Bianca Brahamsha en biogeochemicus Katherine A. Barbeau, beide van Scripps - wilden ook weten of heemtransporters gebruikelijk waren in mariene gemeenschappen. Dat leek niet het geval te zijn:de onderzoekers vonden weinig bewijs voor heemopnamemechanismen na het doorzoeken van openbare databases van metatranscriptomen en metagenomen.

Echter, bacteriën die heem kunnen gebruiken, kunnen klein maar krachtig zijn, zegt Hogel. Recente studies over de koolstofcyclus hebben aangetoond dat sommige zeebacteriën die niet overvloedig aanwezig zijn in metagenomische databases, zeer overvloedig worden onder speciale omstandigheden - en aanzienlijk meer koolstof kunnen recyclen dan andere, meer voorkomende clades.

Hogle suggereert dat dit ook het geval kan zijn met ijzer. "Clades die gemiddeld niet zeer overvloedig maar dynamischer zijn dan andere, kunnen een even belangrijke bijdrage leveren aan de biogeochemische cycli in de oceaan, " hij zegt.