Doktervissen uit de Rode Zee gebruiken metabolisch diverse gigantische bacteriën om verschillende soorten algen te verteren, volgens nieuw onderzoek. Deze bevindingen verklaren niet alleen de basis van de diversiteit van doktersvissen, maar ze kunnen ook een waardevolle genetische bron vormen voor onderzoek naar biobrandstoffen.

Een internationaal team onder leiding van KAUST-onderzoekers gebruikte high-throughput sequencing-technieken om symbiotische microbe-gemeenschappen in de darmen van zeealgen-voedende doktersvissen uit de Rode Zee te bestuderen. Door de genomen te analyseren, ze ontdekten dat de gemeenschappen worden gedomineerd door een enkele groep gigantische bacteriën die bekend staat als Epulopiscium, en dat ze de diversiteit missen die wordt gevonden in de microbiomen van terrestrische herbivoren.

"De afbraak van plantaardige biomassa bij gewervelde landdieren vereist meestal cocktails van enzymen afkomstig van darmmicro-organismen, die elk het vermogen hebben om verschillende bestanddelen af ​​te breken, " legt KAUST-onderzoeker David Ngugi uit, die de studie leidde. Algen missen veel van de complexe celwandbestanddelen en polysachariden die in landplanten worden aangetroffen, zoals lignine en cellulose, en dus is een eenvoudiger microbiële gemeenschap waarschijnlijk voldoende om ze te verteren.

Hoe dan ook, het analyseren van genexpressie onthulde grote verschillen tussen het Epulopiscium bij doktersvissen die gespecialiseerd zijn door zich te voeden met rode of bruine algen. "Afhankelijk van de algen waar de gastheer zich mee voedt, de Epulopiscium hebben overeenkomstige enzymen om die polysachariden af ​​te breken, "zegt Ngugi. "Zozeer zelfs dat je waarschijnlijk niet een Epulopiscium van een roodalgenetende gastheer kunt nemen en het naar een bruinalgenetende gastheer kunt transplanteren omdat ze niet het metabolische vermogen hebben om af te breken wat de andere gastheer eet."

Deze specialisatie helpt de diversiteit van rifchirurgvissen te verklaren omdat ze de omgeving in verschillende voedingsniches verdelen. Op basis van hun analyses de onderzoekers stellen voor om het symbiotische Epulopiscium in drie geslachten te verdelen.

Het team volgde ook de genexpressie in Epulopiscium gedurende een dag en ontdekte dat het overeenkwam met de levensstijl van de gastheer, met genen die verband houden met de spijsvertering die 's ochtends actief waren toen de gastheer aan het eten was. “Dat was heel spannend, " zegt Ngugi, omdat het duidelijk de rol van de gigantische bacterie in de darm aantoonde.

Het vermogen om algen te fermenteren maakt van Epulopiscium een ​​waardevolle genetische hulpbron voor de ontwikkeling van op algen gebaseerde biobrandstoffen. De bevindingen benadrukken ook het verband tussen voedsel, vissen en microben die de diversiteit van rifgemeenschappen ondersteunen. "Het soort symbiose dat zich heeft ontwikkeld om de specifieke voedselbronnen in het rif te gebruiken, heeft plaatsgevonden over evolutionaire tijdschalen, " zegt Ngugi. "Onze gegevens suggereren dat het niet iets is dat in korte tijd kan worden verworven of hersteld."