NAU-Team gewinnt 3 Millionen US-Dollar von NSF, um Algenmikrobiom zu modellieren

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Team der Northern Arizona University

Die Algenmatte ist ein Laminat aus Algen, Bakterien, Pilzen und winzigen Tieren, das auf Felsen und Sedimenten von Flussbetten wächst. Bildnachweis: Victor O. Leshyk/Northern Arizona University

A Das multidisziplinäre Team unter der Leitung der Northern Arizona University (NAU) hat 3 Millionen US-Dollar von der National Science Foundation gewonnen. Mit dem Preis wird die Übersetzung des im Mikrobiom der Gemeinen Algen enthaltenen Codex in Computeralgorithmen finanziert, die ein breites Spektrum mikrobieller Interaktionen vorhersagen können.

Das Team, zu dem Forscher der NAU, der University of California-Berkeley, des Lawrence Livermore National Laboratory und der University of Nebraska-Lincoln gehören, wird Experimente in Flüssen in Arizona und Kalifornien durchführen. Durch die Manipulation von Nährstoffen und Sonnenlicht suchen sie nach biologischen „Schaltern“, die von Organismen, die in der Algenmatte leben, ein- und ausgeschaltet werden, einem Laminat aus Algen, Bakterien, Pilzen und winzigen Tieren, das auf Felsen und Sedimenten von Flussbetten wächst .

„Wann werden produktive Algen zu giftigen Cyanobakterien-Stämmen, die für Meereslebewesen, Hunde und Menschen wirklich schädlich sein können, und welche biologischen Schalter werden dabei umgelegt?“ sagte die leitende Forscherin Jane Marks, Professorin für Biologie am Center for Ecosystem Science and Society (Ecoss) an der NAU. „Selbst in einem relativ unberührten Fluss wie dem Aal erleben wir diese sehr plötzlichen Verschiebungen von der Produktivität zur Toxizität, und wir verstehen die Kipppunkte nicht wirklich.“

Da Algenmatten lange erforscht und relativ leicht zu beobachten sind, wird das Team sie als Modelle verwenden, um besser zu lernen, wie sich mikrobielle Gemeinschaften jenseits von Flüssen verhalten. Das Team wird Feldexperimente mit molekularen Hightech-Werkzeugen und maschinellem Lernen kombinieren, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Algen in eine Reihe von Vorhersageregeln zu entschlüsseln. Die von ihnen durchgeführten Experimente und von ihnen entwickelten Computermodelle werden beleuchten, welche Interaktionen zwischen Mikroorganismen die Macht haben, die Gesundheit eines Flusses oder eines menschlichen Darms zu verändern.

Neue Arten von Messungen

„Ich freue mich, mit diesem Team neue Arten von Messungen zu sammeln, wie zum Beispiel artenspezifische Kohlenstoff- und Stickstoffaufnahmeraten“, sagte Toby Hocking, Assistenzprofessor an der School of Informatics, Computing, and Cyber ​​Systems an der NAU und Co-Forschungsleiter An dem Projekt. „Die meisten früheren Arbeiten haben sich auf die Messung von Abundanzdaten beschränkt, was bedeutet, die Individuen einer Art in einer Population zu zählen. Aber nur die Häufigkeitsdaten machen es sehr schwierig, auf komplexere Wechselwirkungen wie Mutualismus und Prädation zu schließen. Die Kombination unserer Stoffwechseldaten mit der Fülle wird neue Details über die Interaktionen und Beziehungen zwischen den Arten in diesen mikrobiellen Gemeinschaften aufdecken.“

„Da wir nicht durch einen Algenwald laufen können, um herauszufinden, wohin Nährstoffe gehen, müssen wir Isotopen-Tools wie qSIP (Quantitative Stable Isotope Sondierung) und NanoSIMS (Nano Secondary Ion Massenspektrometrie) verwenden, die es uns ermöglichen, Kohlenstoff und Stickstoff, während er sich durch das System bewegt“, sagte Dr. Marks.

„Stickstoff in das Nahrungsnetz des Flusses ziehen, wie die Kieselalge Epithämie tut, ist für Fische wie Lachs und andere Verbraucher in Flüssen von enormer Bedeutung“, sagte Mary Power, Professorin an der University of California-Berkeley und Co-Forschungsleiterin des Projekts. „Mit der ausgeklügelten Technologie, die Ecoss entwickelt hat, können wir verfolgen, wie Epithemia – das griechische Wort für Begehren – und sein erstaunlicher Endosymbiont Stickstoff in den Fluss bringen.“

Der NSF-Preis wird die Ausbildung von 10 Bachelor-Studenten, zwei Postdocs und vier Doktoranden an der NAU unterstützen. Das Team wird mit Stammes-Community-Partnern und Citizen Scientists zusammenarbeiten, um Exkursionen namens „Algenbeute“ durchzuführen, und plant, ihre Erkenntnisse über das Algen-Mikrobiom durch gemeinschaftliche Kunst- und Wissenschaftskooperationen wie . weiterzugeben Ausgetrocknet: die Kunst des Wassers im Südwesten.

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