Een door Scripps Institution of Oceanography aan het door de Universiteit van Californië in San Diego geleide onderzoeksteam ontdekte voor het eerst dat een gewone zeespons bacteriën bevat die gespecialiseerd zijn in de productie van giftige verbindingen die bijna identiek zijn aan door de mens gemaakte brandvertragers.

De nieuwe bevindingen brengen het onderzoeksteam een ​​stap dichter bij het ontrafelen van het mysterie van deze krachtige groep chemische verbindingen, bekend als polybroomdifenylethers (PBDE's), in het mariene milieu. PBDE's zijn een subgroep van gebromeerde vlamvertragers die worden gecombineerd tot schuim, textiel, en elektronica om de temperatuur te verhogen waarbij de producten zullen branden. Deze door de mens gemaakte industriële chemicaliën zijn krachtige hormoonontregelaars die de activiteit van het meest actieve schildklierhormoon van het menselijk lichaam nabootsen.

Vinayak Agarwal, een postdoctoraal onderzoeker bij Scripps, pakte een cold case op die bijna 50 jaar geleden voor het eerst werd gestart door Scripps-chemicus John Faulkner, een vroege pionier in de studie van natuurlijke producten uit de zee, om het onderzoek naar de bron van deze giftige stoffen, die in grote hoeveelheden in de wereldzeeën worden aangetroffen, voort te zetten.

"Voor het eerst konden we onomstotelijk aantonen dat genen en enzymen die in bacteriën van sponzen worden geproduceerd, verantwoordelijk zijn voor de productie van deze verbindingen die giftig zijn voor de mens, " zei Agarwal, co-eerste auteur van het artikel samen met Scripps-promovendus Jessica Blanton.

De studie maakte deel uit van het door de National Science Foundation (NSF)/National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) gefinancierde onderzoek naar het Center for Oceans and Human Health dat wordt uitgevoerd bij Scripps.

In 2014, Agarwal en collega's van Scripps Oceanography waren de eersten die ontdekten dat niet-verwante vrijlevende zeebacteriën deze brandvertragende verbindingen op natuurlijke wijze produceren, zij het in zeer kleine hoeveelheden.

In deze nieuwe studie de onderzoekers gebruikten twee moderne technieken - genoom "mijnbouw", ontwikkeld door Scripps-zeechemicus Brad Moore en een milieu-DNA-sequencing-aanpak ontwikkeld door Scripps-bioloog Eric Allen - om het onderzoek een stap verder te brengen en de specifieke genen en enzymen te identificeren die betrokken zijn bij de overproductie van de giftige moleculen in sponzen.

Zeesponzen verkrijgen voedsel en zuurstof door zeewater door de poriën en kanalen in hun lichaam te filteren. Deze constante waterstroom betekent dat deze immobiele dieren veel bacteriën bevatten, virussen, en schimmels in hun complexe microbioom.

Het onderzoeksteam verzamelde 18 sponsmonsters voor het onderzoek tijdens twee onderzoeksexpedities naar Guam. Vervolgens isoleerden ze de verschillende componenten van dit complexe mengsel van organismen uit de weefsels van de spons om de specifieke genen en enzymen te identificeren die coderen voor de productie van PBDE's.

"Gedurende vele jaren vonden wetenschappers aanwijzingen die suggereerden dat de natuur deze verbindingen maakte, " zei Bradley Moore, een professor aan het Scripps Center of Marine Biotechnology and Biomedicine en de Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences aan de UC San Diego, en een senior auteur van de studie. "Nu we begrijpen hoe ze in het mariene milieu worden geproduceerd, we onderzoeken waarom ze bestaan, en de gezondheidsproblemen die daarmee samenhangen."

Moore's genoom "mining" -benadering samen met Allen's metagenomische sequencing geeft wetenschappers een manier om de natuurlijke chemicaliën die door organismen worden geproduceerd, terug te verbinden met de enzymen die ze construeren.

De studie, die op de omslag van het meinummer van het tijdschrift verschijnt Natuur Chemische Biologie , was een unieke samenwerking tussen chemici en biologen aan UC San Diego en elders.

"Deze studie is een krachtige combinatie van chemische, biologisch en milieuonderzoek, " zei Henrietta Edmonds van de NSF's Division of Ocean Sciences, die het onderzoek ondersteunden. "Het heeft de potentie om ons te helpen de productie te begrijpen, gevolgen voor het lot en de gezondheid van natuurlijke en verontreinigende stoffen in het mariene milieu."

"We geven om natuurlijk geproduceerde PBDE's omdat ze in de voedselketen terechtkomen, " zei Frederick Tyson, doctoraat, van de NIEHS, die hielpen om het onderzoek te financieren. "Voorlopige gegevens van dit onderzoeksteam suggereren dat sommige natuurlijk voorkomende PDBE's zelfs giftiger kunnen zijn dan door de mens gemaakte, dus we moeten een beter begrip van deze verbindingen ontwikkelen."

Deze microben die in de oceaan leven, zijn gevonden in habitats die zo divers zijn als zeegrassen, koralen en walvissen.

De volgende stap van het onderzoek voor de onderzoekers is om de genen en enzymen in andere mariene gastheren te ontginnen om erachter te komen welke andere organismen vergelijkbare giftige verbindingen maken en waarom.