Бактериальное использование углерода вблизи микроводорослей зависит от местоположения
Микроскопические водоросли ответственны за фиксацию половины глобального атмосферного углерода посредством фотосинтеза и могут использоваться как устойчивый источник биоэнергии.
Вода непосредственно снаружи их клеток, называемая «фикосферой», богата органическим углеродом, выделяемым водорослями, и представляет собой идеальную экосистему для роста бактерий. Однако измерение активности бактериальных клеток и роста популяции в фикосфере было затруднено, поскольку невозможно было отслеживать отдельные бактерии и их местоположение относительно клеток водорослей в течение цикла роста популяции водорослей.
Ученые из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) и их коллеги создали новое устройство для совместного культивирования — «пористый микропланшет», — чтобы выяснить, как фикосфера структурирует бактериальные сообщества. Нанопористый сополимер позволяет обмениваться клеточными метаболитами, блокируя физический контакт между соседними лунками для культивирования.
Эта конструкция позволила «растянуть» фикосферу в пространстве и времени, что сделало возможным количественную оценку роста бактерий и изменений в структуре сообщества на разном расстоянии от клеток водорослей.
Команда показала, что бактерии, ассоциированные с водорослями, росли быстрее, когда их помещали ближе к лунке с культурой водорослей, что соответствует реальной среде фикосферы.
После секвенирования ДНК микробиома водорослей, культивируемых в микропланшете, команда обнаружила, что определенные бактерии реагируют на продукцию органического углерода водорослями пространственно-зависимым образом: одни адаптированы к жизни вблизи клеток водорослей, другие — дальше от них. Это аналогично покупке дорогого дома рядом с супермаркетом для легкого доступа к еде, в отличие от покупки более дешевого дома дальше. Эта концепция важна для понимания того, как микробы перерабатывают органический углерод в водных средах, что определяет, будет ли углерод секвестрирован или возвращен в атмосферу в виде CO2.
Дополнительный и неожиданный результат: культивирование диатомовой водоросли Phaeodactylum в микропланшете привело к 20-кратному увеличению выхода по сравнению с периодическими культурами благодаря постоянному пополнению питательных веществ через гидрогель. Это открытие может оказать фундаментальное влияние на усилия по увеличению и повышению эффективности производства биомассы водорослей в больших масштабах.
Система показывает, что фикосфера водорослей представляет собой сложную экосистему, которая позволяет нескольким микробным группам процветать в разных местах в этой микроскопической среде.