Jak pęcherzyki pomagają morskim sinicom przystosować się do stresorów środowiskowych
Niektóre bakterie, takie jak Prochlorococcus i Synechococcus, powszechnie nazywane sinicami, mogą produkować i uwalniać cienkościenne woreczki błonowe, czyli pęcherzyki. Są to dwa z najważniejszych czynników biorących udział w wiązaniu CO2 na Ziemi, dlatego uwalnianie pęcherzyków może odgrywać ważną rolę w cyklach węglowych. Dotychczas przeprowadzane badania ograniczały się jednak głównie do obserwacji w hodowlach. Zespół wspieranego w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie” projektu VESYNECH zbadał ekologię i funkcję pęcherzyków Synechococcus, jednego z najliczniejszych rodzajów sinic w oceanach. „Uzyskaliśmy niesamowite wyniki, zwłaszcza na temat wpływu światła oraz ograniczenia azotu i fosforu, zarówno na uwalnianie, jak i zawartość pęcherzyków”, mówi José Manuel García Fernández z Uniwersytetu w Kordobie, uczelni będącej gospodarzem projektu.
Charakterystyka pęcherzyków
Uważa się, że u różnych bakterii pęcherzyki pełnią różne funkcje, na przykład wspierają wzrost bakterii „pomocniczych”, zapobiegają inwazji wirusów na komórki, a nawet służą do transferu genów. Chcąc zrozumieć, dlaczego i jak te pęcherzyki są produkowane, naukowcy musieli najpierw scharakteryzować je w kulturach Synechococcus po wystawieniu ich na działanie różnych czynników stresowych. Kultury były hodowane przez kilka dni w warunkach szoku świetlnego oraz niedoboru azotu i fosforu. Następnie pobrane próbki poddano analizie za pomocą cytometrii przepływowej w celu określenia liczebności komórek, analizie ruchu nanocząstek w celu ustalenia koncentracji pęcherzyków oraz pochłanianiu w celu zmierzenia krzywej wzrostu. Pęcherzyki zostały również wyizolowane, skoncentrowane i zbadane za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej przed śmiercią hodowli, co pozwoliło sprawdzić, czy faktycznie zbadano pęcherzyki, a nie inne nanocząstki, takie jak wirusy. Zbadano również stężenie i skład białek. Zespół wykazał, że szok świetlny silnie stymuluje powstawanie pęcherzyków, a także ponad dwukrotnie zwiększa koncentrację białek wewnątrz pęcherzyków, z których część jest zaangażowana w fotosyntezę i odpowiedź na stres. „Wyniki te stanowią dowód na to, że pęcherzyki błonowe mogą pomagać bakteriom przetrwać w warunkach stresowych”, wyjaśnia García Fernández. Zespół ustalił również, że niedobór fosforu stymuluje powstawanie pęcherzyków, a niedobór azotu ogranicza ich liczebność i zmniejsza stężenie białka. „Azot stanowi podstawowy składnik odżywczy kluczowy dla wzrostu sinic, a ponieważ Synechococcus występuje obficie w ubogich w składniki odżywcze otwartych oceanach, wyrzucanie bogatych w azot pęcherzyków byłoby marnotrawstwem”, mówi stypendystka María del Carmen Muñoz Marín.
Ważna populacja fitoplanktonu
Ustalenia zespołu projektu VESYNECH poprawiają nasze zrozumienie metabolizmu fitoplanktonu, a także tego, jak fitoplankton morski reaguje na różne czynniki stresowe związane ze składnikami odżywczymi i światłem będące skutkiem zmiany klimatu. Wyniki badań mogą również przyczynić się do radykalnej zmiany obecnych standardów dotyczących produkcji, konsumpcji, recyklingu i utylizacji odpadów. „Sinice mogą stanowić alternatywne źródło pożywienia, a nawet energii. Synechococcus jest jednym z najlepiej scharakteryzowanych organizmów wykorzystywanych do produkcji biopaliw. Bakteria ta może również biosyntetyzować polihydroksyalkaniany, stanowiąc alternatywne źródło dla produkcji plastiku, kluczowego problemu naszych oceanów”, podkreśla García Fernández. Muñoz Marín, pełniąca rolę głównej badaczki na Uniwersytecie w Kordobie, w swoim nowym projekcie bada możliwości transferu materiału genetycznego pomiędzy organizmami. W tym celu, we współpracy z dwójką innych naukowców (Ignacio Luque i Rocío López Igual z Instytutu Biochemii Roślin i Fotosyntezy w Sewili), badaczka pracuje nad trzema konstrukcjami wykorzystującymi białko zielonej fluorescencji w połączeniu z peptydem sygnałowym, aby wysłać białko do przestrzeni peryplazmatycznej w błonie sinic. „Zobaczymy, czy pęcherzyki biorą udział w horyzontalnym transferze genów, czyli przenoszeniu genów między organizmami, a także, co szczególnie ważne, ustalimy, jak powstawanie pęcherzyków działa na poziomie genetycznym”, mówi Muñoz Marín.
Słowa kluczowe
VESYNECH, azot, sinice, komórka, obieg węgla, błona, zmiana klimatu, transfer genów, białko, Synechococcus, cyjanobakterie, pęcherzyki, fosfor