Eine einzigartige Methode zur Überwachung der Flussgesundheit hat eine Armee winziger Organismen entdeckt, die für den Schutz des Brisbane River kämpfen.
Der Doktorand der University of Queensland, Apoorva Prabhu, und der Honorarprofessor Chris Rinke leiteten ein Team, das über einen Zeitraum von 12 Monaten die DNA von Tausenden von Mikroorganismen in drei Teilen des Brisbane River beprobte, sequenzierte und auswertete.
Die Forschung des Teams ist veröffentlicht im Journal ISME-Kommunikation.
Es wurden Proben von fast 2.500 verschiedenen mikrobiellen Genomen entnommen und identifiziert – viele davon gehören zu bislang unerforschten Arten. Somit entsteht die größte jemals erstellte mikrobielle Genomdatenbank für ein subtropisches Ästuar.
„Das volle Ausmaß der mikrobiellen Vielfalt im Brisbane River war bisher unbekannt“, sagte Frau Prabhu. „Mikroben sind ein praktischer Indikator für die Gesundheit unserer Wasserwege. Sie sind effiziente Nährstoffrecycler und verarbeiten Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel.“
„Leider haben wir an unseren Sammelstellen am Brisbane River in Indooroopilly, Eagle Farm und Shorncliffe in Moreton Bay eine große Anzahl von Mikroben gefunden, die sich von Nährstoffen wie Nitraten oder Phosphor ernähren, was auf eine erhebliche Verschmutzung durch menschliche Aktivitäten wie landwirtschaftliche Abschwemmungen hinweist.
„Insbesondere ein neuartiges Bakterium, das wir Hypereutrophica brisbanensis nannten, erwies sich als wichtiger Indikator für erhöhte Nitrat- und Phosphorwerte. Immer wenn wir auf dieses Bakterium stießen, gingen die Nährstoffwerte im Fluss durch die Decke, und die traurige Realität ist, dass der Fluss leidet, solange diese Mikroben gut genährt werden.“
Das Team verwendete fortgeschrittene Metagenomik – eine Methode zur Untersuchung ganzer Mikroorganismengemeinschaften – zusammen mit Techniken des maschinellen Lernens, um eine beträchtliche Anzahl neuer Mikroben zu identifizieren.
„Bemerkenswerterweise waren mehr als 80 Prozent der Mikroorganismen, die wir gefunden haben, der Wissenschaft völlig neu, was auf eine enorme und bisher unerforschte Vielfalt im unteren Brisbane River hinweist“, sagte Frau Prabhu. „Dieses Wissen ist für die Entwicklung effektiver Umweltüberwachungs- und -managementstrategien von entscheidender Bedeutung, da es uns insbesondere sagt, welche Verschmutzungsprobleme unsere Wasserwege am dringendsten betreffen.“
Dr. Rinke sagte, die Studie setze einen Maßstab für die mikrobielle Ökologieforschung in Flussmündungsumgebungen, insbesondere in subtropischen und tropischen Regionen wie Brisbane.
„Die Integration von Metagenomik und maschinellem Lernen stellt einen robusten Rahmen für die Erforschung mikrobieller Gemeinschaften und ihrer ökologischen Funktionen dar“, sagte Dr. Rinke.
„Zukünftige Forschung kann auf diesen Erkenntnissen aufbauen, um die komplexen Wechselwirkungen innerhalb mikrobieller Ökosysteme und ihre Reaktionen auf Umweltveränderungen weiter zu erklären. Unser nächstes Ziel ist es, uns auf die Auswirkungen von Überschwemmungen auf mikrobielle Gemeinschaften zu konzentrieren. Ich bin sicher, dass in den schlammigen Gewässern des Brisbane River noch viele weitere Geheimnisse lauern.“
Das Team möchte den Beitrag der Forscher der School of Chemistry and Molecular Biosciences der UQ und des Centre for Microbiome Research der QUT würdigen.
Mehr Informationen:
Apoorva Prabhu et al., Maschinelles Lernen und Metagenomik identifiziert uncharakterisierte Taxa, von denen angenommen wird, dass sie biogeochemische Kreisläufe in einem subtropischen hypereutrophen Ästuar steuern, ISME-Kommunikation (2024). DOI: 10.1093/ismeco/ycae067