Bepaalde soorten bacteriën en virussen worden gemakkelijk in de atmosfeer uitgestoten wanneer golven breken, terwijl andere taxa minder snel door zeespray de lucht in worden getransporteerd, onderzoekers meldden 22 mei.

Een interdisciplinair team van wetenschappers van Scripps Institution of Oceanography, de Universiteit van Californië, San Diego, en het J. Craig Venter Institute (JCVI) kwamen tot deze conclusie na het repliceren van een fytoplanktonbloei in een unieke golffaciliteit in de oceaanatmosfeer, ontwikkeld door wetenschappers in het door de National Science Foundation gefinancierde Center for Aerosol Impacts on Chemistry of the Environment (CAICE) op de de Scripps-campus. Ze ontdekten dat bacteriën en virussen bedekt met wasachtige stoffen of lipiden in grotere hoeveelheden voorkomen en zijn verrijkt met aerosolen van zeespray. Volgens onderzoekers, de resultaten suggereren dat de waterafstotende eigenschappen van de oppervlakken van deze microben ervoor zorgen dat ze meer kans hebben om uit de oceaan te worden geworpen als golven aan het zeeoppervlak breken.

Het team in de door de National Science Foundation gefinancierde studie omvatte chemici, oceanografen, microbiologen, genetici, en specialisten in kindergeneeskunde die proberen te begrijpen hoe ver potentieel besmettelijke bacteriën en virussen kunnen reizen en of degenen die de grootste risico's voor de volksgezondheid vormen, tot degenen behoren die het meest waarschijnlijk aan de oceaan ontsnappen. In eerdere onderzoeken is individuele leden van het team hebben zeespray-aerosolen gekarakteriseerd, die zich vormen wanneer golven breken en bellen barsten aan het oceaanoppervlak.

"Sommige van de bacteriën die we hebben gedetecteerd, zijn zowel op de huid als in je darm gevonden, zodat ze uw gezondheid kunnen beïnvloeden - op dit moment, niemand kent echt de gezondheidseffecten van het inademen van oceaanmicroben, " zei Kim Prather, die een gezamenlijke aanstelling heeft bij de Scripps Institution of Oceanography van UC San Diego en het Department of Chemistry and Biochemistry. "We proberen bronnen van microben in de omgeving te begrijpen met behulp van de unieke oceaanatmosfeerfaciliteiten die we hier bij Scripps hebben ontwikkeld. Door golven in zoet zeewater te breken in een geïsoleerd golfkanaal, UC San Diego is de enige plaats ter wereld die rechtstreeks de microben kan meten die van de oceaan naar de atmosfeer worden overgebracht."

De onderzoeksgroep van Prather heeft eerder aangetoond hoe microben een bijna wereldwijd bereik hebben, tienduizenden kilometers op de wind kunnen afleggen, soms opnieuw de oceaan ingaan en er tijdens de reis weer uit tevoorschijn komen. Zoals ze doen, hun chemische eigenschappen, hun vermogen om te infecteren, en hun effecten op wolkenvorming en neerslag kunnen evolueren.

"In CAICE, we realiseerden ons dat veel van de chemische componenten in de aerosolen afkomstig zijn van levende micro-organismen in de oceaan, dus een van onze eerste doelen was om erachter te komen welke in het water aanwezig zijn en dan te begrijpen welke van hen in staat zijn om mee te liften op de aerosoldeeltjes, " zei Michael Burkart, een onderzoeker bij de afdeling Scheikunde en Biochemie aan de UC San Diego.

De studie maakte gebruik van technieken die zijn ontwikkeld in het Earth Microbiome Project, die in 2010 werd opgericht door co-auteur Rob Knight en anderen om zoveel mogelijk microbiële gemeenschappen te bemonsteren om de ecologie van microben en hun interacties met mensen te begrijpen.

"In het Earth Microbiome Project is een belangrijke uitdaging om microben over de hele planeet te modelleren, " zei Ridder, een UC San Diego hoogleraar kindergeneeskunde en computerwetenschappen en techniek bij het UC San Diego Center for Microbiome Innovation. "De resultaten van oceaanspray bieden een volledig nieuw en onverwacht mechanisme voor verspreiding waarmee we rekening moeten houden voor een volledig begrip van de microbiële biosfeer van de aarde."

De onderzoekers voerden het experiment uit door gedurende een periode van 34 dagen bloei van fytoplankton op te zetten. Ze deden dit in een faciliteit met een oceaanatmosfeer, gehuisvest in het Hydraulics Laboratory van Scripps Oceanography. Na enkele dagen, de gerepliceerde oceaan, die wetenschappers een mesokosmos noemen, begonnen uit te stoten in de lucht bacteriële taxa zoals Actinobacteria en Corynebacteria. Virussen in de aerosolen die in de lucht kwamen, waren weinig in vergelijking met bacteriën, maar de stammen die in de lucht werden gedetecteerd, zoals Herpesvirales, hadden een soortgelijk soort waterafstotend oppervlak waardoor ze van de oceaan naar de atmosfeer konden worden overgebracht.

De potentiële gezondheidseffecten van de oceaanmicroben die het vaakst worden aangetroffen in de zeespray-aerosolen, zullen nu worden bestudeerd door het team van UC San Diego. Er is weinig bekend over de gezondheidseffecten - goed of slecht - van het inademen van oceaanlucht verrijkt met microben en ander biologisch materiaal. De onderzoekers rapporteerden de aanwezigheid van stammen die niet vaak in zeewater worden aangetroffen, zoals Legionella en een vogelstam van E. coli, waarvan ze zeiden dat het een bewijs zou kunnen zijn van besmetting in bepaalde kustwateren. Kennis van welke ziekteverwekkers die voorkomen in de afvoer van vervuiling in aerosolvorm terechtkomen, zou kunnen helpen om het begrip van menselijke blootstellingsroutes voor degenen die in de buurt van de kust wonen te verbeteren.

"Niemand had verwacht dat het een geëvolueerde strategie zou zijn voor bepaalde bacteriën en virussen om in de oceaanspray te komen, " zei Knight. "Onze volgende uitdaging is om erachter te komen waarom ze het doen, en wanneer het goed of slecht is voor onze gezondheid, of zelfs voor het klimaat van de planeet."

De studie, "Taxon-specifieke aerosolisatie van bacteriën en virussen in een experimentele oceaanatmosfeer mesokosmos, " die op 22 mei in het tijdschrift verscheen Natuurcommunicatie , werd ondersteund door CAICE, die wordt geleid door Prather en in 2013 is aangewezen als een NSF-centrum voor chemische innovatie.