Skip to main content

Measure of Alkaline Phosphatase Activity of Plankton: An Integrated Microfluidic Approach

Article Category

Article available in the folowing languages:

Zrozumienie przyszłości oceanów dzięki fitoplanktonowi

W ramach finansowanego ze środków UE projektu sprawdzono możliwości, jakie w zakresie badania zdolności adaptacyjnych fitoplanktonu do warunków ograniczonej ilości składników odżywczych daje mikrofluidyka.

Zmiana klimatu i środowisko

Oceany pokrywają 71 % powierzchni planety i stanowią około 97 % zasobów wody na Ziemi. Łagodzą ekstremalne warunki pogodowe, wytwarzają tlen, odgrywają istotną rolę w tworzeniu bezpieczeństwa żywnościowego i gromadzą nadmiar CO2. W ostatnich dziesięcioleciach coraz mocniej dotyka je problem zmiany klimatu, przez co spada poziom ich zasolenia, podnosi się kwasowość i rośnie temperatura. Zachodząca w minionych dekadach zmiana klimatu doprowadziła do powstania istotnych zmian środowiskowych, które mogą powodować zmniejszenie dostępności składników odżywczych dla fitoplanktonu – mikroskopijnych organizmów żyjących tuż pod powierzchnią oceanu. To z kolei wpłynie na całe populacje gatunków i strukturę nisz ekologicznych. Fitoplankton, będący komórkami autotroficznymi, odgrywa zasadniczą rolę w biologicznej produkcji oceanów, a także jest odpowiedzialny za około 40 % asymilacji nieorganicznych postaci węgla na Ziemi. Jeśli w przyszłości liczba obszarów o niskim stężeniu fitoplanktonu wzrośnie, cykl węglowy Ziemi ulegnie drastycznej zmianie.

Bliższe spojrzenie na fitoplankton

Zespół finansowanego ze środków UE projektu MAPAPAIMA, prowadzonego przy wsparciu z programu „Maria Skłodowska-Curie”, ma na celu zbadanie, na ile fitoplankton będzie w stanie przystosować się do warunków ograniczonej ilości składników odżywczych, by przetrwać. Mathias Girault, stypendysta działań „Maria Skłodowska-Curie” wyjaśnia: „To pomoże nam zrozumieć przyszłość populacji fitoplanktonu, oceanów oraz asymilacji węgla na Ziemi”. Girault dodaje: „Prowadzone badania koncentrują się na szczególnym mechanizmie adaptacji, który ma kluczowe znaczenie dla przetrwania licznych odmian fitoplanktonu żyjących w środowiskach pozbawionych fosforanów. Mechanizm ten wymaga występowania pozakomórkowego enzymu, tak zwanej fosfotazy alkalicznej”. Dzięki wykorzystaniu rozpuszczonej materii organicznej enzym ten pomaga zdywersyfikować źródła fosforu, z których korzysta fitoplankton, podnosząc tym samym jego szanse na przetrwanie w warunkach ubogich w ten związek.

Nowa platforma mikrofluidyczna

Girault zauważa: „Głównym osiągnięciem projektu było opracowanie innowacyjnej i pełnej platformy mikrofluidycznej i laboratorium chipowego zdolnych do skutecznego pomiaru aktywności fosfotazy alkalicznej na poziomie pojedynczych komórek”. Platforma zawiera autonomiczny system analizy obrazów oraz szereg algorytmów przetwarzających obrazy, których zadaniem jest wykrywanie komórek docelowych i sortowanie kropel. Może ona pomóc we wskazaniu gatunków uwalniających fosfotazę alkaliczną, określeniu stopnia, w jakim to czynią, oraz tego, jak wykorzystać przyszłe przewidywanie warunków środowiskowych do zmiany tej aktywności enzymatycznej. Girault podkreśla dalej: „Zastosowana metoda analityczna pozwoliła nam przeprowadzić pierwsze w świecie porównanie aktywności fosfotazy alkalicznej fitoplanktonu ożywionego z rdzenia wiertniczego w celu zbadania ewolucji oraz adaptacji zachodzących w ekspresji aktywności fosfotazy alkalicznej w funkcji czasu”. Projekt pozwolił odkryć między- i wewnątrzgatunkowe zmiany aktywności fosfotazy alkalicznej sugerujące, że za pół wieku dwa różne gatunki fitoplanktonu mogą przejść podobną drogę adaptacji do zmieniających się warunków środowiskowych i zyskać przewagę ekologiczną.

Rozważania dotyczące przyszłych badań

Wyniki prac nad projektem odpowiadają początkowym krokom detekcji zdolności adaptacyjnych fitoplanktonu do warunków ograniczonego dostępu do substancji odżywczych. Rozważając przyszłe działania, Girault zauważa, że skoro udało się opracować pełen układ mikrofluidyczny, warto byłoby przygotować szczegółowy ogląd adaptacji fitoplanktonu do warunków ograniczonego występowania środków odżywczych w czasie, na przykład z wykorzystaniem fitoplanktonu przywróconego do życia z głębszych warstw rdzeni wiertniczych. „Poza tym warto byłoby ożywić więcej świeższych komórek fitoplanktonu, aby wykryć wpływ materiałów dostarczanych przez człowieka na możliwości metaboliczne tych organizmów”, podsumowuje Girault.

Słowa kluczowe

MAPAPAIMA, fitoplankton, ocean, fosfotaza alkaliczna, platforma mikrofluidyczna, poziom pojedynczej komórki

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania