Mysteriet i Östersjön: Var kommer planktonen från?
Nu har forskare vid KTH, Scilifelab och Linneuniversitetet för första gången kartlagt arvsmassan hos ett stort antal bakterieplankton i Östersjön med hjälp av DNA-sekvensering. Eftersom bakterier är betydelsefulla för kretsloppen av kol och näringsämnen i havet är detta en viktig pusselbit för förståelsen för hur Östersjöns ekosystem fungerar. Studien visar bland annat att planktonens närmaste släktingar inte finns i sjöar och vanliga hav, utan i andra brackvattenmiljöer.
– Kartläggningen är ett viktigt steg i arbetet att öka förståelsen för hur näringsämnen omvandlas i Östersjön, och hur dessa processer kommer att påverkas av den globala uppvärmningen. Man kan likna det vid medicinsk forskning där informationen om människans arvsmassa är en grundpelare och absolut nödvändighet för en stor del av den forskning som bedrivs idag. På många sätt ligger miljöforskningen efter, men arbetet pågår nu för fullt med att kartlägga genomen hos de vanligaste mikroskopiska planktonarterna i Östersjön, säger KTH-forskaren Anders Andersson som ansvarat för studien.
Han fortsätter med att berätta att samhällsnyttan på sikt med studien ligger i att forskarna kommer kunna modellera näringsämnesflöden bättre i havet då forskarna vet vad de olika planktonen utför för omvandlingar. Därmed kan forskare och andra lära sig hur till exempel blomningar av skadliga alger och bottendöd kan undvikas genom att till exempel bättre prioritera reningsåtgärder av avloppsvatten.
Sekvenserat DNA med metagenomik
De flesta havsbakteriearter är mycket svåra att odla. Istället har forskarna sekvenserat DNA direkt från ett vattenprov med en metod som kallas för metagenomik. Genom att pussla ihop de korta DNA-snuttarna har man erhållit mer eller mindre fullständiga arvsmassor (genom).
Under ett år togs vattenprover en gång i veckan vid en station tio kilometer öster om Öland. DNA extraherades och sekvenserades på Scilifelab i Stockholm. Man använde en superdator på Parallelldatorcentrum på KTH för att pussla ihop de korta DNA-snuttarna till längre genomfragment, och slutligen använde forskarna en algoritm de utvecklat för att sortera genomfragmenten i arter.
– Metagenomiken ger oss ett fönster till mikrobernas värld. Genom att kartlägga vilka enzymer och upptagsmekanismer de olika planktonarterna kodar för i sin arvsmassa kan vi förstå vilka näringsämnen de lever av. På sikt kommer detta leda till bättre modeller för näringsämnens kretslopp i haven, säger Luisa Hugerth, forskarstuderande på KTH och första författare för studien.
Östersjöplanktonen genetiskt skilda från havs- och sjösläktingar
Kartläggningen av genomen ger inblickar i vilka näringsämnen de olika arterna har kapacitet att omsätta. I princip tillhör alla genomen nya arter av bakterier och arkeer. De flesta är ganska nära släkt med arter man tidigare sekvenserat eller odlat, men några tillhör helt nya grupper. Från sina tidigare studier baserade på taxonomiska markörgener visste forskarna att Östersjön innehåller en blandning av havs- och sötvattensplankton.
Med hjälp av de nya genomen har man nu kunnat undersöka detta närmare, och då man jämfört Östersjögenomen med genetiska data från sjöar och hav från hela världen har det visat sig att Östersjöplanktonen är genetiskt skilda från både havs- och sjösläktingar och att de separerat för minst 100 000 år sedan. Alltså långt innan Östersjön blev ett brackvattenhav för cirka 8 000 år sedan.
Däremot har flera av genomen stor likhet med arvsmassor i ett annat stort brackvattensystem, Chesepeake Bay på nordamerikanska östkusten. Detta betyder att det troligtvis finns ett globalt brackvatten-”microbiome” som är specialiserat på just brackvatten. Varifrån Östersjöns bakterieplankon närmast härstammar, och hur de hamnade i Östersjön, återstår dock att besvara.
Studien publicerades nyligen i Genome Biology med rubriken ”Metagenome-assembled genomes uncover a global brackish microbiome” och författare är Luisa W. Hugerth, John Larsson, Johannes Alneberg, Markus V. Lindh, Catherine Legrand, Jarone Pinhassi och Anders F. Andersson
Kontaktinformation: Anders Andersson: anders.andersson@scilifelab.se.
