Tier- und Pflanzenpopulationen wurden umfassend untersucht, was zur Aufklärung von Ökosystemprozessen und evolutionären Anpassungen beigetragen hat. Bei mikrobiellen Populationen ist dies jedoch nicht der Fall, da es nicht möglich ist, den genetischen Inhalt der verschiedenen Arten und ihrer Individuen im Labor zu isolieren, zu kultivieren und zu analysieren. Daher ist zwar bekannt, dass Populationen von Mikroorganismen eine große Vielfalt aufweisen, diese bleibt jedoch weitgehend uncharakterisiert.
Nun erschien kürzlich eine neue Studie des Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC). veröffentlicht im Tagebuch Mikrobiom unterstreicht das Potenzial mariner Mikrobenpopulationen als Indikatoren für globale Veränderungen. Konkret analysiert die Arbeit das bisher gewonnene Wissen über marine Mikrobenpopulationen und ihre Rolle im Ökosystem und kommt zu dem Schluss, dass ihre Analyse über Raum und Zeit hinweg die Auswirkungen des globalen Wandels widerspiegeln könnte.
„Das liegt daran, dass kleine genetische Veränderungen in diesen Populationen direkter mit den leichten, aber kontinuierlichen Umweltveränderungen im Zusammenhang mit dem globalen Wandel zusammenhängen könnten als die Analyse von Arten“, erklärt Ramiro Logares, der Autor der Studie.
Dem Forscher zufolge wäre dies ohne neue molekulare und rechnerische Techniken nicht möglich gewesen, die es ermöglicht haben, die Verteilung und Vielfalt mikrobieller Populationen in ihrer natürlichen Umgebung auf genetischer Ebene und allgemeiner zu untersuchen.
„Diese Ansätze haben es möglich gemacht, genetische Variationen zu erkennen, die Anpassungen an Umweltveränderungen in zeitgenössischen Maßstäben, also Jahrzehnten oder Jahren, widerspiegeln könnten“, fügt Logares hinzu.
Groß angelegte Anwendung molekularer Techniken
Die Untersuchung der Variabilität von Mikroorganismenpopulationen war dank der groß angelegten Anwendung molekularer Techniken wie Metagenomik und Metatranskriptomik möglich, die die Möglichkeit, diese Populationen direkt aus ihren Lebensräumen zu analysieren, revolutioniert und einige der Einschränkungen der traditionellen Laborkultur überwunden haben Methoden.
Für diese Studie wurden insbesondere genetische Daten von nicht kultivierten aquatischen Mikrobenarten zusammengestellt. Die Ergebnisse zeigten eine erhebliche genetische Vielfalt in marinen Mikrobenpopulationen und identifizierten unterschiedliche Muster der Populationsdifferenzierung und -anpassung. Dies unterstreicht die wichtige Rolle der Umweltselektion, die unter anderem durch die Temperatur bestimmt wird, bei der Strukturierung mikrobieller Populationen.
„Diese Arbeit unterstreicht, wie wichtig es ist, unser Verständnis der Mikrobenpopulationen im Ozean zu verbessern. Die Kenntnis der genetischen Vielfalt und Populationsdynamik mariner Mikroben ermöglicht es uns, wertvolle Informationen über ihre Widerstandsfähigkeit oder Anfälligkeit gegenüber globalen Veränderungen zu erhalten“, sagt Logares.
Insgesamt befasst sich die Arbeit, die auf einer Überprüfung von mehr als 150 Artikeln basiert, mit den Merkmalen und der Struktur mikrobieller Populationen und bietet einen vollständigen Überblick darüber, wie die genetische Variabilität von Populationen mit Ökosystemprozessen und evolutionären Anpassungen zusammenhängen kann.
Die Studie unterstreicht auch die Bedeutung des Verständnisses mikrobieller Populationen im Kontext des globalen Wandels und ihrer Rolle im Meeresökosystem. Im Ozean sind Mikroben für Prozesse wie das Nährstoffrecycling oder den Schadstoffabbau verantwortlich, deren Effizienz von den Eigenschaften der Mikrobenpopulationen abhängen kann.
Aus diesem Grund plädiert der Autor dafür, weiterhin tiefer in die Populationsgenomik einzutauchen, um diese noch wenig verstandene Dimension der mikrobiellen Vielfalt zu entschlüsseln, was seiner Prognose nach „zu einem besseren Verständnis der Architektur und Funktionsweise des marinen Mikrobioms führen wird, etwas, das in …“ wiederum wird dazu beitragen, bessere Management- und Erhaltungsstrategien zu entwickeln.“
Mehr Informationen:
Ramiro Logares, Entschlüsselung von Populationen im Mikrobiom des Ozeans, Mikrobiom (2024). DOI: 10.1186/s40168-024-01778-0