El equipo de NAU gana $ 3 millones de NSF para modelar el microbioma de algas

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Equipo de la Universidad del Norte de Arizona

La estera de algas es un laminado compuesto de algas, bacterias, hongos y animales diminutos que crece en las rocas y sedimentos de los lechos de los ríos. Crédito: Victor O. Leshyk / Universidad del Norte de Arizona

A El equipo multidisciplinario dirigido por la Northern Arizona University (NAU) ganó $ 3 millones de la National Science Foundation. El premio financiará la traducción del códice contenido en el microbioma de las algas comunes en algoritmos informáticos que pueden predecir una amplia gama de interacciones microbianas.

El equipo, que incluye investigadores de NAU, la Universidad de California-Berkeley, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y la Universidad de Nebraska-Lincoln, realizará experimentos en ríos de Arizona y California. Al manipular los nutrientes y la luz solar, buscarán los "interruptores" biológicos que los organismos que viven en la estera de algas activan y desactivan, un laminado compuesto de algas, bacterias, hongos y animales diminutos que crece en las rocas y los sedimentos de los lechos de los ríos. .

"¿Cuándo se convierten las algas productivas en cepas tóxicas de cianobacterias, que pueden ser realmente dañinas para la vida marina, los perros y los humanos, y cuáles son los interruptores biológicos que se activan?" dijo la investigadora principal Jane Marks, profesora de biología en el Centro de Ciencia y Sociedad de Ecosistemas (Ecoss) en NAU. "Incluso en un río relativamente prístino como el Eel, tenemos estos cambios muy repentinos de la productividad a la toxicidad, y realmente no entendemos los puntos de inflexión".

Debido a que las esteras de algas se han estudiado durante mucho tiempo y son relativamente accesibles para observar, el equipo las utilizará como modelos para aprender mejor cómo se comportan las comunidades microbianas más allá de los ríos. El equipo combinará experimentos de campo con herramientas moleculares de alta tecnología y aprendizaje automático para desentrañar las complejas interacciones entre bacterias y algas en un conjunto de reglas predictivas. Los experimentos que realizan y los modelos informáticos que desarrollan aclararán qué interacciones entre microorganismos tienen el poder de cambiar la salud de un río o el intestino humano.

Nuevos tipos de medidas

"Estoy emocionado de recopilar nuevos tipos de mediciones con este equipo, como tasas de absorción de nitrógeno y carbono específicas de cada especie", dijo Toby Hocking, profesor asistente en la Escuela de Informática, Computación y Sistemas Cibernéticos en NAU y co-investigador principal sobre el proyecto. “La mayor parte del trabajo anterior se ha limitado a la medición de datos de abundancia, lo que significa contar los individuos de una especie en una población. Pero tener solo datos de abundancia hace que sea muy difícil inferir interacciones más complejas como el mutualismo y la depredación. La combinación de nuestros datos metabólicos con la abundancia revelará nuevos detalles sobre las interacciones y relaciones entre especies en estas comunidades microbianas ”.

“Dado que no podemos caminar a través de un bosque de algas para trazar un mapa hacia dónde van los nutrientes, necesitamos usar herramientas isotópicas como qSIP (sondeo cuantitativo de isótopos estables) y NanoSIMS (espectrometría de masas de iones nano secundarios), que nos permiten seguir el carbono y nitrógeno a medida que se mueve a través del sistema ”, dijo el Dr. Marks.

“Llevando nitrógeno a la red trófica del río, como la diatomea Epitemia lo hace, es muy importante para peces como el salmón y otros consumidores ribereños ”, dijo Mary Power, profesora de la Universidad de California-Berkeley y co-investigadora principal del proyecto. "Utilizando la tecnología sofisticada que desarrolló Ecoss, podemos rastrear cómo Epithemia, la palabra griega para deseo, y su increíble endosimbionte llevan nitrógeno al río".

El premio NSF apoyará la formación de 10 estudiantes de pregrado, dos posdoctorados y cuatro investigadores graduados en NAU. El equipo colaborará con socios de la comunidad tribal y científicos ciudadanos para realizar viajes de campo llamados "incursiones de algas" y planea compartir lo que aprendan sobre el microbioma de las algas a través de colaboraciones de arte y ciencia de la comunidad como Seco: el arte del agua en el suroeste.

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