Het begrijpen van de genetische strategieën van SAR11-bacteriën, de meest voorkomende in de oceaan, is cruciaal voor het behoud van het ecologisch evenwicht en de aanpassing aan klimaatverandering.
Onderzoekers aan de Miguel Hernández Universiteit van Elche (UMH) hebben de genomische basis ontdekt voor het evolutionaire succes van SAR11 mariene bacteriën. De studie, gepubliceerd in Microbiome, onthult dat deze bacteriën een gedeelde "genetische kern" combineren met kleine genomische eilanden, die elk een enkel "flexibel gen" bevatten. Hierdoor kan de populatie dynamisch reageren op veranderingen in de omgeving.
Het mariene microbioom is essentieel voor het in stand houden van ecosystemen en het aandrijven van globale biogeochemische cycli. SAR11, een clade (groep) van vrijlevende bacteriën, domineert de oppervlaktewateren van de oceaan en omvat 20-40% van alle prokaryote cellen (cellen zonder kern).
Volgens Mario López Pérez, UMH-onderzoeker, hebben beperkingen in het terugwinnen van de volledige genetische rijkdom van natuurlijke populaties het begrip van microbiële evolutie belemmerd. De UMH Microbial Genomics and Evolution Group combineerde single-cell genomics en long-read metagenomics om de genetische diversiteit van SAR11 in de Middellandse Zee te reconstrueren.
De studie toonde aan dat SAR11-bacteriën een bijna identieke genetische kern delen, die 81% van hun genoom vertegenwoordigt. Het resterende deel, het "flexibele genoom", is geconcentreerd in kleine regio's, vaak met een enkel gen.
Carmen Molina Pardines, UMH Ph.D.-student, legt uit dat deze kleine variaties zich altijd op dezelfde locatie bevinden en genen met vergelijkbare functies bevatten, maar in verschillende versies. Dit genomische patroon bevordert het naast elkaar bestaan van meerdere stammen en minimaliseert directe concurrentie.
Deze structuur creëert polyklonale populaties, of groepen van meerdere genetische varianten die in dezelfde omgeving naast elkaar bestaan. Dit behoudt essentiële genen en handhaaft functionele redundantie, waardoor een breed genetisch reservoir wordt beschermd. Hierdoor kan de populatie zich snel aanpassen aan omgevingsdruk.
José M. Haro Moreno, UMH-onderzoeker, merkt op dat deze resultaten inzicht bieden in de strategieën die het ecologische succes van SAR11 in voedselarme mariene omgevingen verklaren. De studie toont ook aan dat derde generatie metagenomics technische beperkingen bij het bestuderen van deze micro-organismen overwint.
Dit onderzoek positioneert UMH als leider in onderzoek naar de evolutie van het mariene microbioom. Het begrijpen van de genomische strategieën van SAR11 kan ons helpen onze oceanen beter te begrijpen en te beschermen.