Взаимодействие водорослей и бактерий: ключ к биотопливу и круговороту веществ

Взаимодействие водорослей и бактерий критически важно для первичной продуктивности океанов и поверхностных вод. Бактерии повышают продуктивность водорослей, производя ключевые факторы (витамины, железо-хелатирующие молекулы, гормоны роста) и реминерализуя органическое вещество, обеспечивая водоросли постоянным притоком питательных веществ. Однако детали этого процесса изучены слабо.

Новое исследование в журнале Nature Communications впервые детально количественно оценило:

  • Поглощение бактериями органического вещества, произведенного водорослями.
  • Последующее усвоение водорослями Phaeodactylum tricornutum (диатомовая водоросль) углерода и азота, реминерализованных бактериями.

Методология и ключевые результаты

Исследователи вырастили 15 бактериальных культур совместно с Phaeodactylum tricornutum и отследили перемещение углерода и азота между клетками с помощью:

  • Изотопного мечения на уровне одной клетки.
  • Наноразмерной масс-спектрометрии вторичных ионов (NanoSIMS).
  • Метаболомики и протеомики (данные получены в EMSL — пользовательском объекте Министерства энергетики США).

Неожиданный вывод: наблюдалась значительная вариабельность в чистом поглощении, использовании и реминерализации углерода и азота не только между штаммами бактерий, но и между отдельными клетками.

На основе этих данных ученые выделили три функциональные гильдии метаболических взаимодействий:

  1. Реминерализаторы макромолекул.

  2. Потребители макромолекул.

  3. Потребители малых молекул.

Важно, что принадлежность к гильдии не была связана с филогенией бактерий и не могла быть предсказана исключительно на основе их метаболического потенциала.

Значение исследования

Работа является важным шагом в понимании взаимоотношений бактерий и водорослей и подчеркивает необходимость дальнейших исследований, включая экологические. Полученные данные имеют значение для:

  • Потенциального увеличения биомассы водорослей для производства биотоплива.
  • Понимания крупномасштабного круговорота элементов в природе.