Il team NAU vince 3 milioni di dollari da NSF al microbioma algale modello

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Squadra della Northern Arizona University

Il tappetino algale è un laminato composto da alghe, batteri, funghi e piccoli animali che cresce su rocce e sedimenti dei letti dei fiumi. Credito: Victor O. Leshyk/Northern Arizona University

A Il team multidisciplinare guidato dalla Northern Arizona University (NAU) ha vinto 3 milioni di dollari dalla National Science Foundation. Il premio finanzierà la traduzione del codice contenuto nel microbioma delle alghe comuni in algoritmi informatici in grado di prevedere un'ampia gamma di interazioni microbiche.

Il team, che comprende ricercatori della NAU, dell'Università della California-Berkeley, del Lawrence Livermore National Laboratory e dell'Università del Nebraska-Lincoln, condurrà esperimenti nei fiumi dell'Arizona e della California. Manipolando i nutrienti e la luce solare, cercheranno gli "interruttori" biologici che vengono accesi e spenti dagli organismi che vivono nel tappeto algale, un laminato composto da alghe, batteri, funghi e minuscoli animali che cresce su rocce e sedimenti dei letti dei fiumi. .

"Quando le alghe produttive diventano ceppi tossici di cianobatteri, che possono essere davvero dannosi per la vita marina, i cani e gli esseri umani, e quali sono gli interruttori biologici che cambiano?" ha detto il ricercatore principale Jane Marks, professore di biologia presso il Center for Ecosystem Science and Society (Ecoss) presso NAU. "Anche in un fiume relativamente incontaminato come l'anguilla, otteniamo questi cambiamenti molto improvvisi dalla produttività alla tossicità e non capiamo davvero i punti di non ritorno".

Poiché le stuoie di alghe sono oggetto di studi lunghi e relativamente accessibili da osservare, il team le utilizzerà come modelli per apprendere meglio come si comportano le comunità microbiche al di là dei fiumi. Il team combinerà esperimenti sul campo con strumenti molecolari ad alta tecnologia e apprendimento automatico per svelare le complesse interazioni tra batteri e alghe in una serie di regole predittive. Gli esperimenti che conducono e i modelli informatici che sviluppano illumineranno quali interazioni tra i microrganismi hanno il potere di cambiare la salute di un fiume o di un intestino umano.

Nuovi tipi di misurazioni

"Sono entusiasta di raccogliere nuovi tipi di misurazioni con questo team, come i tassi di assorbimento di carbonio e azoto specifici per specie", ha affermato Toby Hocking, assistente professore presso la School of Informatics, Computing and Cyber ​​Systems presso NAU e co-investigatore principale sul progetto. “La maggior parte del lavoro precedente si è limitato alla misurazione dei dati sull'abbondanza, il che significa contare gli individui di una specie in una popolazione. Ma avere solo dati sull'abbondanza rende molto difficile dedurre interazioni più complesse come mutualismo e predazione. La combinazione dei nostri dati metabolici con abbondanza rivelerà nuovi dettagli sulle interazioni e le relazioni tra le specie in queste comunità microbiche».

“Dal momento che non possiamo camminare attraverso una foresta di alghe per mappare dove stanno andando i nutrienti, abbiamo bisogno di usare strumenti isotopici come qSIP (sondaggio quantitativo di isotopi stabili) e NanoSIMS (spettrometria di massa di ioni nanosecondari), che ci permettono di seguire il carbonio e l'azoto mentre si muove attraverso il sistema”, ha detto il dott. Marks.

“Trascinando azoto nella rete alimentare fluviale, come la diatomea Epitemia fa, è estremamente importante per pesci come il salmone e altri consumatori fluviali", ha affermato Mary Power, professore all'Università della California-Berkeley e co-investigatore principale del progetto. "Utilizzando la sofisticata tecnologia sviluppata da Ecoss, possiamo monitorare come Epithemia - la parola greca per desiderio - e il suo straordinario endosimbionte portano l'azoto nel fiume".

Il premio NSF sosterrà la formazione di 10 studenti universitari, due postdoc e quattro ricercatori laureati presso la NAU. Il team collaborerà con i partner della comunità tribale e gli scienziati cittadini per condurre viaggi sul campo chiamati "incursioni di alghe" e prevede di condividere ciò che apprendono sul microbioma delle alghe attraverso collaborazioni artistiche e scientifiche della comunità come Arida: l'arte dell'acqua nel sud-ovest.

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