Oceanernas okända bakterier skapar helt nya teorier

Jordens mest framgångsrika bakterier finns i oceanerna och hör till gruppen SAR11.  I en ny studie ger forskare från Uppsala universitet en förklaring till framgången och ifrågasätter samtidigt gängse teori om dessa bakterier. I analysen har de också identifierat en sällsynt och hittills okänd släkting till mitokondrierna, cellernas energikraftverk.

Rönen publiceras i två olika artiklar i de ansedda tidskrifterna Molecular Biology and Evolution och PLoS One den senaste veckan.

-    De stora mängder DNA-data som nu produceras från oceanerna ger oss en glimt av en värld som aldrig tidigare kunnat studeras. Det är otroligt fascinerande att söka svar på livets stora gåtor i dessa data, säger Siv Andersson, professor i molekylär evolution och huvudansvarig för studierna.

Bakterier som tillhör gruppen SAR11 utgör 30-40 procent av alla bakterieceller i oceanerna och spelar därmed en betydande roll för den globala kolomsättningen. Ingen annanstans är dessa bakterier så vanliga. De öppna oceanerna är näringsfattiga och SAR11 bakterierna har en extremt liten cellvolym för att maximera koncentrationen av näringsämnen i cellerna. Deras arvsmassor är också små och består av mindre än 1.5 miljoner byggstenar.

Enligt tidigare forskning är de besläktade med en lika högt specialiserad bakteriegrupp där till exempel tyfusbakterien ingår. Också dessa bakterier har små arvsmassor, men är anpassade till människor, djur och insekter. Uppsalaforskarnas avancerade släktskapsanalyser motsäger dock dessa resultat och visar istället att SAR11-bakterierna utvecklats från havs- och jordlevande bakterier med arvmassor som är tre till tio gånger så stora. Men till skillnad mot sina släktingar saknar SAR11-bakterierna gener som anses viktiga för att reparera skador i DNA:t. Detta kan även förklara varför de är så framgångsrika.

-    Förlusten av gener innebär nämligen att bakterierna lättare kan byta gener med varandra och fördelaktiga gener kan då spridas snabbt i oceanerna som en anpassning till förändringar till exempelvis näringsinnehåll, temperatur och UV-strålning, säger Johan Viklund, doktorand vid institutionen för molekylär evolution.

Ur data från pågående stora internationella kartläggningar av DNA från oceanernas alla bakterier har Uppsalaforskarna dessutom hittat DNA-sekvenser för proteiner som deltar i cellandningen då socker bryts ned till koldioxid och vatten. Genom att jämföra dessa med motsvarande proteiner för människors, djurs och insekters cellandning i de så kallade mitokondrierna, lyckades forskarna identifiera en sällsynt, tidigare okänd grupp bakterier.

-    De är väldigt lika mitokondrierna. Våra resultat tyder alltså på att mitokondriernas ursprung kan finns i oceanerna, men att de då inte är besläktade med SAR11-gruppen som man tidigare trott, säger Thijs Ettema, forskarassistent i gruppen.

Viklund J, Ettema TJ, Andersson SGE (20119 Independent Genome Reduction and Phylogenetic Reclassification of the Oceanic SAR11 Clade. Mol Biol Evol. doi: 10.1093/molbev/msr203. First published online: September 7, 2011.

Brindefalk B, Ettema TJG, Viklund J, Thollesson M, Andersson SGE (2011) A Phylometagenomic Exploration of Oceanic Alphaproteobacteria Reveals Mitochondrial Relatives Unrelated to the SAR11 Clade. PLoS ONE 6(9): e24457. doi:10.1371/journal.pone.0024457

För mer information, kontakta Siv Anderson, tel 018-471 43 79, 070-298 38 48, siv.andersson@ebc.uu.se