Das Verständnis der genetischen Strategien von SAR11-Bakterien, den häufigsten im Ozean, ist entscheidend für die Aufrechterhaltung des ökologischen Gleichgewichts und die Anpassung an den Klimawandel.
Forscher der Miguel Hernández Universität Elche (UMH) haben die genomische Grundlage für den evolutionären Erfolg von SAR11-Meeresbakterien entdeckt. Die in Microbiome veröffentlichte Studie zeigt, dass diese Bakterien einen gemeinsamen „genetischen Kern“ mit kleinen genomischen Inseln kombinieren, die jeweils ein einzelnes „flexibles Gen“ beherbergen. Dies ermöglicht es der Population, dynamisch auf Umweltveränderungen zu reagieren.
Das marine Mikrobiom ist entscheidend für die Aufrechterhaltung von Ökosystemen und die Steuerung globaler biogeochemischer Kreisläufe. SAR11, eine Klade (Gruppe) freilebender Bakterien, dominiert die Oberflächengewässer des Ozeans und macht 20-40 % aller prokaryotischen Zellen (Zellen ohne Zellkern) aus.
Laut Mario López Pérez, UMH-Forscher, haben Einschränkungen bei der Wiederherstellung des vollen genetischen Reichtums natürlicher Populationen das Verständnis der mikrobiellen Evolution behindert. Die UMH Microbial Genomics and Evolution Group kombinierte Einzelzellgenomik und Long-Read-Metagenomik, um die genetische Vielfalt von SAR11 im Mittelmeer zu rekonstruieren.
Die Studie ergab, dass SAR11-Bakterien einen fast identischen genetischen Kern teilen, der 81 % ihres Genoms ausmacht. Der verbleibende Teil, das „flexible Genom“, ist in kleinen Regionen konzentriert, oft mit einem einzigen Gen.
Carmen Molina Pardines, UMH-Doktorandin, erklärt, dass diese kleinen Variationen immer an derselben Stelle vorkommen und Gene mit ähnlichen Funktionen, aber in verschiedenen Versionen enthalten. Dieses genomische Muster begünstigt die Koexistenz mehrerer Stämme und minimiert die direkte Konkurrenz.
Diese Struktur erzeugt polyklonale Populationen oder Gruppen von mehreren genetischen Varianten, die im selben Umfeld koexistieren. Dies bewahrt essentielle Gene und erhält die funktionelle Redundanz, wodurch ein breites genetisches Reservoir gesichert wird. Dies ermöglicht es der Population, sich schnell an Umweltbelastungen anzupassen.
José M. Haro Moreno, UMH-Forscher, merkt an, dass diese Ergebnisse Einblicke in die Strategien bieten, die den ökologischen Erfolg von SAR11 in nährstoffarmen Meeresumgebungen erklären. Die Studie zeigt auch, dass die Metagenomik der dritten Generation technische Einschränkungen bei der Untersuchung dieser Mikroorganismen überwindet.
Diese Forschung positioniert UMH als führendes Unternehmen in der Erforschung der Evolution des marinen Mikrobioms. Das Verständnis der genomischen Strategien von SAR11 kann uns helfen, unsere Ozeane besser zu verstehen und zu schützen.