L'équipe NAU remporte 3 millions de dollars de la NSF pour modéliser le microbiome algal

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L'équipe de l'Université de l'Arizona du Nord

Le tapis d'algues est un stratifié composé d'algues, de bactéries, de champignons et d'animaux minuscules qui poussent sur les roches et les sédiments du lit des rivières. Crédit : Victor O. Leshyk/Université de l'Arizona du Nord

A équipe multidisciplinaire dirigée par la Northern Arizona University (NAU) a remporté 3 millions de dollars de la National Science Foundation. Le prix financera la traduction du codex contenu dans le microbiome des algues communes en algorithmes informatiques capables de prédire un large éventail d'interactions microbiennes.

L'équipe, qui comprend des chercheurs de la NAU, de l'Université de Californie-Berkeley, du Lawrence Livermore National Laboratory et de l'Université du Nebraska-Lincoln, mènera des expériences dans des rivières en Arizona et en Californie. En manipulant les nutriments et la lumière du soleil, ils rechercheront les « commutateurs » biologiques qui sont activés et désactivés par les organismes vivant dans le tapis d'algues, un stratifié composé d'algues, de bactéries, de champignons et de minuscules animaux qui poussent sur les roches et les sédiments du lit des rivières. .

« Quand les algues productives deviennent-elles des souches toxiques de cyanobactéries, qui peuvent être vraiment nocives pour la vie marine, les chiens et les humains, et quels sont les commutateurs biologiques qui basculent ? » a déclaré la chercheuse principale Jane Marks, professeure de biologie au Center for Ecosystem Science and Society (Ecoss) de la NAU. "Même dans une rivière relativement vierge comme l'anguille, nous obtenons ces changements très soudains de la productivité à la toxicité, et nous ne comprenons pas vraiment les points de basculement."

Étant donné que les tapis d'algues sont étudiés depuis longtemps et relativement accessibles à observer, l'équipe les utilisera comme modèles pour mieux comprendre le comportement des communautés microbiennes au-delà des rivières. L'équipe combinera des expériences sur le terrain avec des outils moléculaires de haute technologie et l'apprentissage automatique pour démêler les interactions complexes entre les bactéries et les algues dans un ensemble de règles prédictives. Les expériences qu'ils mènent et les modèles informatiques qu'ils développent mettront en lumière les interactions entre les micro-organismes qui ont le pouvoir de changer la santé d'une rivière ou d'un intestin humain.

De nouveaux types de mesures

« Je suis ravi de recueillir de nouveaux types de mesures avec cette équipe, comme les taux d'absorption de carbone et d'azote spécifiques aux espèces », a déclaré Toby Hocking, professeur adjoint à la School of Informatics, Computing and Cyber ​​Systems de la NAU et co-chercheur principal. sur le projet. « La plupart des travaux antérieurs se sont limités à la mesure des données d'abondance, ce qui signifie compter les individus d'une espèce dans une population. Mais n'ayant que des données d'abondance, il est très difficile de déduire des interactions plus complexes telles que le mutualisme et la prédation. La combinaison de nos données métaboliques avec l'abondance révélera de nouveaux détails sur les interactions et les relations entre les espèces dans ces communautés microbiennes. »

« Comme nous ne pouvons pas traverser une forêt d'algues pour déterminer où vont les nutriments, nous devons utiliser des outils isotopiques tels que qSIP (sondage quantitatif d'isotopes stables) et NanoSIMS (spectrométrie de masse d'ions nanosecondaires), qui nous permettent de suivre le carbone et l'azote lorsqu'il se déplace dans le système », a déclaré le Dr Marks.

« Attirer l'azote dans le réseau trophique de la rivière, comme la diatomée épithémie fait, est extrêmement important pour les poissons comme le saumon et d'autres consommateurs fluviaux », a déclaré Mary Power, professeur à l'Université de Californie-Berkeley et co-chercheuse principale du projet. "En utilisant la technologie sophistiquée développée par Ecoss, nous pouvons suivre comment Epithemia - le mot grec pour désir - et son incroyable endosymbionte apportent de l'azote dans la rivière."

Le prix NSF soutiendra la formation de 10 étudiants de premier cycle, de deux post-doctorants et de quatre chercheurs diplômés à la NAU. L'équipe collaborera avec des partenaires communautaires tribaux et des scientifiques citoyens pour organiser des excursions sur le terrain appelées « incursions d'algues » et prévoit de partager ce qu'elles ont appris sur le microbiome des algues grâce à des collaborations artistiques et scientifiques communautaires telles que Desséché : l'Art de l'Eau dans le Sud-Ouest.

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