Die Weißbandkrankheit hat Kolonien von Hirschgeweih- und Elchgeweihkorallen in der Karibik vernichtet, der Haupterreger wurde jedoch nicht identifiziert.
Bisher.
Steven Vollmer, Professor an der Northeastern University, sagt, er und sein Forscherteam hätten Feldforschung und Tankexperimente mit Modellen des maschinellen Lernens kombiniert, um die Liste der wahrscheinlichsten Krankheitserreger auf ein beerenförmiges Bakterium namens Cysteiniphilum litorale einzugrenzen.
Nummer zwei auf der Liste ist eine andere Art von Wasserbakterien, eine Art Vibrio, bei dem Vollmer vermutet, dass es sich eher um einen opportunistischen Krankheitserreger handelt.
„Cysteiniphilum ist die Ursache“, sagt er.
Was ist die Weißbandkrankheit?
Vollmer hat umfangreiche Untersuchungen zur Weißbandkrankheit durchgeführt, die zum Ausbleichen von Gewebe oder zum Freilegen von „Bändern“ nackter, weißer Skelette bei Hirschhorn- und Elchgeweihkorallen führt.
Die Weißbandkrankheit ist eng mit steigenden Wassertemperaturen verbunden und zählt zu den zerstörerischsten Korallenkrankheiten mehr als 90 % getötet Hirschgeweih- und Elchgeweihkorallen in der Karibik seit ihrer ersten Entdeckung in den 1970er Jahren.
Umweltschützer haben auf den Verlust der riffbildenden Korallen reagiert, indem sie in Baumschulen krankheitsresistente Korallen und Korallenfragmente züchteten, bis sie für die Verpflanzung in die Wildnis bereit waren.
Um sicherzustellen, dass die Korallen frei von Krankheiten sind, werden sie vor der Transplantation drei Monate lang unter Quarantäne gestellt, sagt Vollmer, außerordentlicher Professor für Meeres- und Umweltwissenschaften.
Er sagt, dass durch die Identifizierung von Cysteiniphilum litorale als Hauptverursacher der Weißbandkrankheit Korallen getestet und auf das Bakterium untersucht werden können, um die Transplantation zu beschleunigen.
„Wenn Sie wüssten, dass Sie eine Menge Kolonien einbringen und Sie 30 von ihnen gleichzeitig untersuchen und keiner von ihnen die Weißbandkrankheit hat, dann sind alle 30 sauber.“
Bei Hunderten handele es sich jedoch um pathogene oder krankheitsverursachende Organismen, was es schwierig mache, herauszufinden, welche von ihnen am meisten für die Weißbandkrankheit verantwortlich seien, sagt er.
„Wenn Sie 100 Dinge haben, die möglicherweise Krankheiten verursachen könnten, wie versuchen Sie dann, sie alle physisch zu isolieren?“ sagt Vollmer. Er sagt, dass die Isolierung von Krankheitserregern und deren Übertragung auf gesundes Gewebe ein entscheidender Schritt bei der Identifizierung der Krankheitsursachen sei.
Der erste Schritt für Vollmer und sein Forschungsteam war die Entnahme von Proben von 153 erkrankten Korallen und 269 gesunden Korallen aus vier Riffen in der Region Bocas del Toro vor der Küste Panamas.
Dann trainierten die Forscher Modelle für maschinelles Lernen, um DNA-Sequenzen auszuführen, um Bakterienarten und deren Anzahl oder Häufigkeit zu identifizieren, also das Maß für die Anzahl der Bakterien in einer Probe.
Laut Vollmer hatte das maschinelle Lernmodell eine Genauigkeitsrate von 97 %.
„In unseren Daten hatten wir 9.355“ bakterielle DNA-Sequenzen oder -Stämme, sagt er.
„Und 604 davon befanden sich in 10 % oder mehr einzelner Korallen“, sagt Vollmer. „Davon waren es zu allen Zeitpunkten 342.“
Diese über 300 Bakterienstämme landeten in Tanks für Übertragungsexperimente in Panama.
Aufschlämmungen erkrankten Gewebes, die mit einem Wasserstrahl von den Korallen abgespritzt wurden, wurden in Tanks mit gesunden Korallen gegeben, ebenso wie separate Aufschlämmungen aus gesundem Gewebe und Meerwasser.
Die Ausbreitung der Krankheit und weitere DNA-Sequenzierungen ermöglichten es den Forschern, drei wahrscheinliche Überträger der Weißbandkrankheit zu identifizieren und die Liste auf zwei verschiedene Stämme von Cysteiniphilum und Vibrio einzugrenzen.
Da Cysteiniphilum bei gesunden Korallen fast nicht vorkam und Vibrio in 10 bis 20 % der gesunden Korallen vorkam, „sagen wir, dass Cysteiniphilum der wahrscheinlichste Krankheitserreger ist“, sagt Vollmer.
Die Rolle der globalen Erwärmung
Die globale Erwärmung spiele eine Rolle bei der Ausbreitung der Weißbandkrankheit, sagt Vollmer.
„Die Prävalenz hängt mit thermischem Stress zusammen“, insbesondere wenn die Wassertemperaturen 30 °C erreichen oder über 30 °C steigen, sagt er.
Da wir wissen, dass es einen primären Krankheitserreger gibt, „können wir uns fragen, ob die Ausbreitung und der Ausbruch des Krankheitserregers irgendwie mit der Temperaturdynamik zusammenhängen?“
Eine andere Frage ist, ob die Vibrio-Bakterien durch Cysteiniphilum verursachte Infektionen ausnutzen, um sich an geschwächten Korallenwirten zu ernähren.
„Der wahre Zauber des maschinellen Lernens besteht darin, dass es Interaktionen berücksichtigt“, sagt Vollmer.
Er sagt, der nächste Schritt bestehe darin, Cysteiniphilum aus erkrankten Korallen in Panama oder Florida zu kultivieren und sie dann in Übertragungsexperimenten zu verwenden, um zu sehen, unter welchen Umständen sie die Weißbandkrankheit auf gesundes Korallengewebe übertragen.
Wenn Korallen in Baumschulen vorbehandelt werden, geschieht dies meist mit Breitbandantibiotika, sagt Vollmer.
„Es ist möglich, dass wir nun, da wir wissen, wonach wir suchen, tatsächlich einen gezielteren Ansatz verfolgen könnten. Oder wir könnten eine Überwachung durchführen, sodass wir Korallen nicht in großen Mengen vorbehandeln müssen, weil wir wissen, dass das, was hereinkommt, nicht infiziert ist.“ .“
Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von Northeastern Global News erneut veröffentlicht news.northeastern.edu.