Rola drobnoustrojów słodkowodnych w rozkładzie materiału humusowego
Substancje humusowe (HS) składają się z mieszaniny złożonych polimerów formujących się w glebie, osadach i naturalnych wodach w wyniku transformacji bio- i fizyko-chemicznej biomasy roślinnej w procesie znanym jako humifikacja. W ekosystemach słodkowodnych HS jest istotnym źródłem węgla i energii i odpowiada nawet za 80% całkowitych zasobów rozpuszczonego węgla organicznego (DOC). W projekcie HUMADE ("Structural and functional biodiversity of humic matter degrading freshwater microbial communities") zbadano, które enzymy są wykorzystywane przez mikroorganizmy do rozkładu HS w ekosystemie słodkowodnym. Zakładano, że HS nie podlegają rozkładowi w wyniku prostych reakcji, zamiast tego wymagają dużej liczby różnych enzymów. Partnerzy projektu zbadali społeczności mikroorganizmów w dwóch różnych jeziorach umiejscowionych w tym samym regionie w północno-wschodnich Niemczech. Jezioro Stechlin jest duże, jednak niezbyt produktywne pod względem formowania się materii organicznej, a przy tym charakteryzuje się niską zawartością DOC. Z kolei jezioro Grosse Fuchskuhle to mały i płytki akwen umiejscowiony nieopodal torfowiska, przez cechują je wysokie stężenia DOC. Naukowcy uzyskali kwasy nukleinowe z próbek pobranych z obu jezior i przebadali je przy użyciu technologii próbkowania nowej generacji, aby umożliwić analizę porównawczą siedlisk tlenowych i beztlenowych. Biolodzy przeprowadzili także sekwencjonowanie genomów izolatów bakteryjnych, które – jak zakładano – są zaangażowane w słodkowodną rotację HS. Próbki bakterii obejmowały jeden izolat genetyczny rodzaju Polynucleobacter z jeziora Grosse Fuchskuhle oraz dwa izolaty genetyczne rodzaju Sphingomonas z jeziora Stechlin. Polynucleobacter to bakteria występująca w ogromnych ilościach w słodkich wodach, która toleruje promieniowanie ultrafioletowe i reaktywne formy tlenu produkowane w wyniku reakcji fotolitycznej materii organicznej, m. in. HS. Oba izolaty Sphingomonas wykazały aktywny rozkład HS podczas doświadczeń laboratoryjnych i okazały się zdolne do wykonania tlenowo-anoksygennej fotosyntezy, w której energia świetlna jest przechwytywana i przekształcana na trifosforan adenozyny (ATP) bez produkcji tlenu, w obecności tlenu. To źródło energii może być jednym z rozwiązań dla tych organizmów, prowadzącym do zyskania dodatkowej energii na rzecz rozkładu złożonych polimerów. Wyniki projektu HUMADE dostarczyły szczegółowego opisu różnorodności drobnoustrojowej i aktywności występującej w słodkowodnym obiegu HS. Działania te pomogą naukowcom zrozumieć mechanizmy biologiczne zaangażowane w degradację złożonych polimerów w środowiskach słodkowodnych.
