Fotosynthese wordt door mariene bacteriën gebruikt om koolstofdioxide op te nemen.
Wetenschappers kunnen mogelijk bepalen of oceaanbacteriën al dan niet betrokken zijn bij de wereldwijde koolstofcyclus door te bepalen of mariene microben al dan niet fotosynthese gebruiken, het proces waarbij zonlicht wordt gebruikt om koolstofdioxide en water om te zetten in energie.
De meeste mariene microben blijven echter grotendeels onbestudeerd, omdat ze niet groeien in laboratoriumomgevingen, wat het begrip van de wetenschappelijke gemeenschap beperkt over de vraag of deze soorten fotosynthese aangaan.
Met behulp van een Raman-spectroscopietechniek hebben wetenschappers van het Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) hebben direct geïdentificeerde koolstofdioxide-fixerende cellen of cellen die CO2 uit zeewater opnemen. Deze bevinding suggereert dat de bacteriën zich bezighouden met fotosynthese.
Hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift BioDesign-onderzoek.
Nog niet gekweekte CO2-fixerende bacteriën worden gesorteerd door Raman-geactiveerde Gravity-driven Encapsulation (RAGE) -technologie met een eencellige resolutie volgens Raman-verschuivingen, en de daaropvolgende eencellige sequencing ontdekte een op rhodopsine gebaseerd lichtgestuurd proton pomp in doelcellen. Krediet: Liu Yang
Op chlorofyl gebaseerde fotosynthese is een bekend lichtoogstsysteem voor CO2-fixatie. Van fotosynthese op basis van een type eiwit dat bekend staat als proteorhodopsine, of PR, is gemeld dat het CO2 fixeert in de aanwezigheid van licht. Vervolgens zijn bepaalde soorten CO2-fixatie in mariene bacteriën gemeld.
« PR-bevattende bacteriën zouden de meest voorkomende kunnen zijn, en microbiële rodopsines, een ander type eiwit, zouden grotendeels kunnen bijdragen aan het oogsten van zonne-energie in de oceanen. Het is echter nog steeds ongrijpbaar of PR-bevattende bacteriën in natuurlijke omstandigheden CO2 kunnen vastleggen”, zegt co-eerste auteur Jing Xiaoyan, senior engineer bij het Single-Cell Center van QIBEBT.
De onderzoekers identificeerden eerst CO2-fixerende cellen uit zeewater uit de eufotische zone – of de bovenste zone van de oceaan, die wordt blootgesteld aan zonlicht – van de Chinese Gele Zee door hun inname van een samengesteld C-bicarbonaat te volgen. De onderzoekers deden dit met behulp van single-cell Raman spectra (SCRS), een techniek om moleculen te bestuderen.
« Vervolgens gebruikten we een techniek genaamd Raman-activated Gravity-driven Encapsulation, of RAGE, om doelcellen te isoleren van Pelagibacter, de bacterie die we bestudeerden, die lid is van de bacteriegroep SAR11, » zei co-eerste auteur Xu Teng, postdoctoraal bij eencellig centrum van QIBEBT. De onderzoekers versterkten de genomen van deze geïsoleerde Pelagibacter-eencellige cellen en bepaalden de sequentie van elke cel.
« Door gebruik te maken van een verbeterde Raman-geactiveerde celsorteertechniek die het microbioom sorteert en sequentieert met een resolutie van precies één cel, onthullen we dat niet-gekweekte Pelagibacter spp., een van de meest voorkomende SAR11-zeebacteriën, door licht aangedreven metabolisme kan gebruiken voor CO2-fixatie in zeewater en dragen zo bij aan de wereldwijde koolstofcyclus, « zei co-eerste auteur GongYanhai, een assistent-onderzoeker bij Single-Cell Center of QIBEBT.
« Deze studie toont aan dat RAGE-gemedieerde analyse van een eencellig genoom een betrouwbaar verband kan leggen tussen het fenotype en genotype van niet-gekweekte bacteriën in de oceaan, wat een fundamenteel probleem oplost en de weg vrijmaakt voor op functies gebaseerde ontleding van het ‘biologische’. » ‘donkere materie’ in de omgeving’, zei co-corresponderende auteur prof. HUANG Wei van de Universiteit van Oxford.
« Verder onderzoek zou kunnen worden uitgebreid naar andere zeewatermonsters uit verschillende diepten en regio’s », zegt prof. Xu Jian van het Single-Cell Centre van QIBEBT. « Het is ook de moeite waard om zowel SCRS- als eencellige transcriptomische technieken te integreren en toe te passen voor verder onderzoek naar CO2-fixerende microben. »
Referentie: “CO onthullen2-Fixing SAR11 Bacteriën in de oceaan door Raman-gebaseerde Single-Cell Metabolic Profiling en Genomics” door Xiaoyan Jing, Yanhai Gong, Teng Xu, Paul A. Davison, Craig MacGregor-Chatwin, C. Neil Hunter, La Xu, Yu Meng, Yuetong Ji, Bo Ma, Jian Xu en Wei E. Huang, 21 oktober 2022, BioDesign-onderzoek.
DOI: 10.34133/2022/9782712
