Czy grzyby morskie okażą się ukrytym skarbem biotechnologii?
Wchodzące w skład planktonu grzyby morskie żyją w słupie wody w naszych oceanach, gdzie swobodnie dryfują poruszane siłą pływów i prądów. W ekosystemach morskich pełnią funkcję pasożytów innych organizmów i są klasyfikowane jako „saprotrofy” – organizmy specjalizujące się w rozkładaniu złożonej materii organicznej. Jak twierdzi Michael Cunliffe ze stowarzyszenia Marine Biological Association w Zjednoczonym Królestwie, badania nad grzybami morskimi są stosunkowo rzadko podejmowane, przez co brakuje kompleksowej wiedzy na temat ich wyjątkowych cech ekologicznych. Twierdzenie to jest prawdą, ponieważ obliczono, że dotąd opisano mniej niż 1 % wszystkich gatunków grzybów morskich, czego powodem są częściowo trudności z przeprowadzeniem niezbędnego sekwencjonowania DNA i z hodowlą w laboratorium. „Być może najbardziej jaskrawym tego przykładem jest fakt, że nie wiedzieliśmy, czy i w jaki sposób grzyby morskie wykazują wzorce różnorodności gatunkowej w skali czasowej”, wyjaśnia Cunliffe, koordynator projektu MYCO-CARB, który został sfinansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. W ramach projektu udało się nie tylko wypełnić te luki w wiedzy, ale także wskazać potencjalnie owocne kierunki przyszłych badań w dziedzinie zmiany klimatu i biotechnologii.
Lepsze zrozumienie ekosystemu grzybów morskich
Zespół projektu MYCO-CARB wykorzystał dwa komplementarne podejścia do badania grzybów morskich: hodowlę laboratoryjną oraz bezpośrednie analizy próbek morskich bez hodowli. Próbki wody morskiej zostały zebrane przez zespół w różnych lokalizacjach, od otwartych wód Oceanu Atlantyckiego po osady u wybrzeży Zjednoczonego Królestwa, a próbki wodorostów morskich pochodziły z miejsca niedaleko siedziby Marine Biological Association. W laboratorium próbki te zostały dodane do specjalistycznych podłoży hodowlanych zawierających sole morskie w celu hodowli grzybów. Następnie grzyby zostały wyizolowane, a po określeniu przynależności gatunkowej – dodane do kolekcji kultur grzybów morskich MYCO-CARB. Zespół wykorzystał szereg narzędzi DNA i RNA, aby zbadać biologię konkretnych izolatów z myślą o pogłębieniu wiedzy na temat ich ekologii w środowisku morskim. „Różnorodność zbiorowisk grzybów morskich, które wykryliśmy, bardzo wiele nam mówi na temat ich ekologii i przystosowania do szerszego przybrzeżnego ekosystemu morskiego”, mówi Cunliffe. „Po raz pierwszy udało nam się wykazać, że gatunki zmieniają się w skali miesiąca i pory roku i mogą się cechować podobnymi wzorcami składu gatunkowego po tych zmianach. Wynika z tego, że gatunki powtarzają się w czasie, ale potrzebne są dalsze badania, które pozwolą poznać stojące za tym ekologiczne czynniki”. W ramach projektu opracowano również innowacyjną metodę badania aktywnych grzybów saprotroficznych przyczepionych do cząsteczek morskich. „Poszczególne cząsteczki materii organicznej, na przykład kawałki liści lub gałązek, zostały wyizolowane z wody morskiej, a następnie przeanalizowane pod mikroskopem, co pozwoliło nam scharakteryzować różnorodność odmian znalezionych na nich grzybów”, dodaje Cunliffe. Ponadto do analizy aktywności saprotroficznych grzybów morskich w wodach wszechoceanu wykorzystano dane dotyczące sekwencji RNA uzyskane dzięki ekspedycji Tara Ocean, skupiając się przede wszystkim na enzymach katalizujących reakcje związane z węglowodanami (ang. carbohydrate-active enzymes, CAZymes), biorących udział w rozkładzie złożonego materiału organicznego. „Nasza praca wykazała, że grzyby morskie są czynnymi saprotrofami, które są w stanie rozkładać złożoną, bogatą w węgiel materię organiczną w otwartych wodach oceanicznych. Obecnie potrzebne są dalsze badania nad ich konkretną rolą w obiegu węgla w oceanie”, mówi Cunliffe.
Grzyby jako przyszły skarb biotechnologii
Utworzenie kolekcji kultur grzybów morskich w brytyjskim Marine Biological Association stanowi niezwykle istotny rezultat projektu, gdyż jest to jak dotąd jedyny tego rodzaju zasób. W projekcie MYCO-CARB uczeni mogli wykorzystać jedynie wyselekcjonowane hodowle grzybów do badania ich podstawowej biologii, natomiast utworzona kolekcja oferuje znacznie więcej możliwości. „Grzyby morskie są niezwykle bogatym, ale dotąd niewykorzystanym zasobem biotechnologicznym, a także potencjalnym źródłem cennych nowych biomolekuł, takich jak związki przeciwdrobnoustrojowe. Ponadto wiele grzybów, które udało nam się wyizolować z wodorostów, może okazać się przydatnych w zastosowaniach związanych z utylizacją odpadów biomasy morskiej, na przykład wytwarzanych przez branżę uprawy wodorostów”, wyjaśnia Cunliffe. Obecnie zespół projektu koncentruje się na ilościowych badaniach dotyczących roli grzybów morskich w obiegu węgla w porównaniu z innymi organizmami morskimi, na przykład bakteriami, równolegle analizując nowe możliwości powiększania kultur w swojej kolekcji.
Słowa kluczowe
MYCO-CARB, grzyby morskie, ekosystem, saprotrofy, biotechnologia, ekologia, wodorosty, obieg węgla
