Изучение методов борьбы с вредоносными цветениями водорослей
Планктонные микробы, такие как водоросли, играют ключевую роль в глобальных циклах питательных веществ, пищевых цепях и климате. Однако для большинства из них генетическая информация ограничена, а их морфология, взаимодействия и экологическая роль остаются загадкой.
Водоросли производят половину кислорода в атмосфере Земли и используются в промышленности (например, для получения омега-3 жирных кислот или биотоплива). Но некоторые виды образуют вредоносные цветения водорослей (ВЦВ), что стало фокусом исследований Кэтрин Койн из Университета Делавэра.
Развитие методов изучения микробов
Койн вместе с более чем 100 учеными со всего мира опубликовала в журнале Nature Methods сборник лабораторных протоколов для лучшего понимания генетических основ морских водорослей. Исследование финансировалось Фондом Гордона и Бетти Мур.
Койн работала с видом водорослей Heterosigma akashiwo, который может вызывать ВЦВ. Загадка в том, что одни штаммы этого вида производят токсины, убивающие рыбу, а другие — нет.
«Мы не понимаем четко, какой именно токсин они производят. Мы просто знаем, что цветение этой водоросли в некоторых регионах мира связано с массовой гибелью рыбы», — сказала Койн.
У H. akashiwo нет клеточной стенки, только тонкая мембрана. Это упрощает геномные манипуляции. Исследовательская группа успешно создала генетически модифицированный штамм, устойчивый к антибиотику, используя методы, эффективные для других видов.
Этот подход позволит изучать, как вид реагирует на среду и какие гены отвечают за токсичность. Все разработанные методы опубликованы в открытом доступе.
Иммобилизация альгицидных бактерий
В другой статье в журнале Harmful Algae Койн с аспирантом Янфэй Ван исследовали альгицидную бактерию Shewanella для борьбы с ВЦВ.
Shewanella, выделенная из заливов Делавэра, выделяет вещества, подавляющие рост динофлагеллят — часто токсичных организмов, вызывающих ВЦВ. Исследования показывают, что она не вредит другим водорослям, рыбам или моллюскам и может считаться «экологически нейтральным» решением.
Для применения в природе необходим безопасный метод доставки бактерии в зоны риска. Койн и Ван иммобилизовали Shewanella в пористые материалы. Исследование, финансируемое Delaware Sea Grant, показало, что наиболее успешным материалом был альгинатный гидрогель, лучше всего удерживающий клетки бактерий.
Бактерии, иммобилизованные в альгинатных шариках, были так же эффективны против вредных видов, как и свободные бактерии, и при этом не влияли на невредный контрольный вид.
Использование иммобилизованных альгицидных бактерий — это потенциально непрерывный и экологичный метод контроля ВЦВ, который не требует частого повторного внесения и может быть удален после использования.