Kontrola niechcianych zakwitów Badacze z UE przeanalizowali zakwity alg słodkowodnych pod kątem naturalnej kontroli tego globalnego fenomenu zagrażającego ekosystemom i zdrowiu ludzkiemu. Zdrowie © Ines Levade Zakwity cyjanobakterii (sinic) to ogólnoświatowy problem wynikający z działalności człowieka takiej jak rolnictwo czy zmiana klimatu. Są one nie tylko zagrożeniem dla słodkowodnych ekosystemów, mogą też wpływać na zdrowie człowieka i na turystykę, jako że wytwarzają cyjanotoksyny skutkujące śmiercią wielu organizmów czy nawet całych ekosystemów. Szczególnie toksyczna jest hepatotoksyna wytwarzana przez gatunek Microcystis, często dominujący w zakwicie. Niewiele wiadomo na temat różnorodności populacji Microcystis. Projekt MicroEcoEvol, sfinansowany z unijnego indywidualnego stypendium w ramach programu Maria Skłodowska-Curie, przeanalizował w czasie rzeczywistym reakcję populacji Microcystis na czynniki środowiskowe i biologiczne w jeziorze Champlain w Ameryce Północnej. Równolegle badacze wykorzystali badania nad mezokosmem, by zaobserwować dynamikę zakwitu w otoczeniu laboratoryjnym, w którym można kontrolować niektóre zmienne. Ekologia wsteczna wykorzystywana do przewidywania zakwitów Stosując ekologię wsteczną – pozyskując informacje genomiczne ze środowisk w celu uzyskania nowatorskiego wglądu w procesy ekologiczne – zespół po raz pierwszy określił możliwość przewidywania zakwitów poprzez stosowanie czynników biologicznych. „Z perspektywy badań stosowanych/akademickich wykorzystaliśmy uczenie maszynowe, by znaleźć biomarkery zakwitów”, wyjaśnia dr Nicolas Tromas, stypendysta i główny badacz MicroEcoEvol. Wyniki pokazały znaczący wzrost zakwitu w kolonii bakteryjnej bez ograniczania jej ogólnej różnorodności, co sugeruje, że określona społeczność drobnoustrojów, w tym innych niż cyjanobakterie, rozwija się w trakcie zakwitu. „Zaobserwowaliśmy też, że kolonia zmienia się cyklicznie w trakcie roku, powtarzając co rok określony wzorzec”, podkreśla. Oznacza to, że dane uzyskane z takich kolonii drobnoustrojów morskich można wykorzystać do klasyfikacji zakwitów i sprawniejszego przewidywania kwestii takich jak skład i powtarzalność. Co ważne, badacze przeanalizowali również wpływ cyjanofagów na populacje Microcystis, wykorzystując system CRISPR-Cas, by ustalić rolę terapii fagowej w powstrzymywaniu zakwitów. Stosowanie cyjanofagów, naturalnie występujących wirusów wpływających na cyjanobakterie, może okazać się skutecznym sposobem kontrolowania zakwitów cyjanobakterii. Dane dla innych ważnych projektów badających zakwity Toksyczne zakwity nie tylko stanowią zagrożenie dla ludzi, zwierząt gospodarskich, ryb i dzikich zwierząt; są też bardzo kosztowne – w samych Stanach Zjednoczonych koszty szacuje się na 825 mln USD. Niepokojące jest to, że rośnie liczba zakładów uzdatniania wody pitnej w Kanadzie, do których wodę doprowadza się z Wielkich Jezior. Projekt MicroEcoEvol zapewnił wstępne dane dla wartego 12 mln USD projektu ATRAPP, by znaleźć rozwiązanie problemu toksycznych zakwitów w Kanadzie. „Opracowaliśmy też nowe podejście do analizowania kolonii cyjanobakterii, które umożliwia nam lepsze zrozumienie ich mikrobiomu”, dodaje dr Tromas. Uczenie się na problemach i perspektywy na przyszłość Dla dr. Tromasa stypendium Marii Skłodowskiej-Curie otworzyło wiele możliwości osobistych i zawodowych. „Nawiązywanie lokalnej i międzynarodowej współpracy było konieczne dla sukcesu projektu. Rozwinąłem też swoje zdolności przywódcze, nadzorując kilku studentów studiów wyższych pierwszego stopnia i organizując kilka konferencji oraz warsztatów w Montrealu i Exeter”, dodaje. Zespół MicroEcoEvol napotkał kilka problemów technicznych, zwłaszcza związanych z wyizolowaniem cyjanobakterii i z posiewem na potrzeby badań nad mezokosmem in situ. „Trzeba się przystosować, by znaleźć rozwiązanie takich problemów technicznych, być cierpliwym, a czasami nawet zaakceptować fakt, że nie zdąży się czegoś zrobić w terminie. Odpowiedzią jest zaakceptowanie tymczasowej porażki, zrozumienie jej przyczyn, opracowanie nowych pomysłów i ponowne przeprowadzenie testów”, stwierdza dr Tromas. Z takim nastawieniem pomimo zakończenia finansowania prace nad projektem nadal trwają – badacze analizują nowe możliwości, które się przed nimi otwierają. Słowa kluczowe MicroEcoEvol, cyjanobakterie, ekosystem, cyjanofagi, zakwity alg, uczenie maszynowe, biomarker, terapia fagowa
