고도도 해안 지역은 지역 활동이나 세계적 규모의 결과로 인간의 압력의 영향을 점점 더 많이 겪고 있습니다. 인구 통계 학적 확장, 자원 과잉 탐색, 서식지 저하, 토지와 바다에서의 오염 물질 방출 및 기후 변화는 예측할 수없는 영향으로 이러한 환경에 빠르게 영향을 미치고 있습니다. 북극 및 아탄 테어 대륙 지역의 석유 탐사 및 착취 및 남극 대륙의 관광 증가는이 걱정스러운 그림에 추가하여 이러한 민감한 환경에서 석유 오염의 위험이 높습니다.
퇴적물은 해안 환경 건강에서 근본적인 역할을합니다. 퇴적물은 모래 또는 석회와 같은 불활성 재료 일뿐 만 아니라 넓은 미생물 (주로 박테리아뿐만 아니라 작은 원생 동물과 조류, 덜 알려진 a rchaea 를 호스팅하는 풍부한 유기 매트릭스를 구성합니다. ). 미생물은 모든 종류의 분자에서 화학 반응을 수행 할 수있는 강력한 효소 툴킷을 가지고 있으며,이를 통해 탄소 및 영양소 사이클링, 죽은 물질 회전율 및 오염 물질 생분해와 같은 주요 생태계 기능에 참여합니다.
.관련없는 살아있는 형태의 그룹이 아니라 퇴적물 미생물은 기능적 조립에서 진화의 결과로 매우 다양하고 미세한 구조입니다. 미생물은 환경 적 요인에 고유하게 반응하고 다양한 유형의 생물 상호 작용 (그들 사이의 관계)에 노출되어 고도로 조직화 된 실체 인 미생물 공동체가 생성됩니다. 결과 커뮤니티는 자연 서식지 변동성과 매우 밀접하게 결합되어 있습니다. 예를 들어, 일반적으로 혼합 된 해수에서 발생하는 것과는 달리, 퇴적물은 1 센티미터 깊이의 가파른 산화 환원 구배에 따라 수직으로 계층화되며, 여기서 산소는 상부 층에만 존재합니다. 결과적으로, 호기성 박테리아 (및 유기물의 산소-매개 호흡과 같은 대사 과정)는 표면층 및 퇴적물-물 계면에서 우세한 경향이있는 반면, 더 깊은 층은 일반적으로 무산소성이며 혐기성 박테리아 및 나트 레이트, 황 또는 철 감소와 같은 관련 과정에 의해 특징 지어집니다.
.미생물 DNA 분석
환경 미생물은 실험실에서 쉽게 배양 할 수 없으며, 대부분은 전통적인 실험실 기술에 의한 연구를 방해하는 기존의 방법으로는 무관심합니다. 생리적, 생태 학적 역할을 분석하기 위해 연구자들은 DNA와 같은 생체 분자 분석에 의존합니다. 이들 생체 분자에 캡처 된 정보는 그들의 정체성에 대한 통찰력을 제공 할 수있다 (진화 역사에 대한 의미있는 정보를 가지고있는 특정 유전자를 분석 할 때).
예를 들어, 질산화와 관련된 특정 특징과 관련된 효소를 코딩하는 유전자를 분석 할 때, 우리는이 능력 (호기성 암모늄 산화)이 분석 된 미생물 공동체에 존재하여 분석 된 생태계에서 암모늄의 가능한 운명에 대한 단서를 제공한다고 추론한다. 유전자가 미생물의 게놈에 함유되어 있기 때문에, 미생물 군집 구성원의 모든 게놈으로부터의 모든 유전자의 공동 분석을 "메타고 유전학"이라고한다. 이 분석은 샘플 당 막대한 양의 서열 데이터를 생성하는 고 처리량이라는 이점이 있습니다. 이 접근법은 일반적으로 수백 또는 수천 명의 다른 구성원으로 구성되어 있기 때문에 자연 미생물 군집의 분석에 적합합니다. 메타고 유전학을 포함한 문화 독립적 방법은 미생물 공동체의 지문, 다양성 및 생태계 기능에서의 대사/생태 역할을 재구성하는 데 사용될 수 있습니다.
Metagenomics는 북부 및 남반구의 극성 및 아 극성 해안 환경에서 퇴적물에 서식하는 미생물 공동체에 대한 심층적 인 분석을 수행 할 수있게 해주었다. 이것은 아르헨티나, 미국, 노르웨이 및 스웨덴의 다양한 연구 그룹과 관련된 프로젝트의 결과로, 특정 유전자 또는 전체 메타고 놈 (Shotgun Sequencing)의 직접 DNA 추출 및 대규모 시퀀싱을 추가로 수행 한 퇴적물 샘플을 복사했습니다. Joint Genome Institute와 International Microbial Diversity Initiative Earm Microbiome Project (EMP)은 서열 데이터를 생성하는 데 기여했습니다.
세계의 높은 위도 해안 지역에서 메타 게놈 재구성을위한 선택된 샘플링 사이트. 이 연구를 위해 선택된 4 개의 영역 각각의 2 개 부위에서 수득 된 3 중 총 24 개의 샘플이 얻어졌다. 북반구에 포함 된 지역은 Advent Fjord, 원격 Svalbard Archipelago 및 Baltic Sea였습니다. 남미 최소 남쪽 끝에있는 Ushuaia Bay와 남극 반도 옆 섬에 위치한 포터 코브는 남반구에서 샘플링되었습니다.
이 연구의 결과는 추운 해안 퇴적물에 서식하는 미생물 공동체가 지구상에서 가장 다양하며, 다양성은 토양과 열대림에서 발견 된 것과 비교할 수 있음을 보여주었습니다. 이들 커뮤니티의 주요 대사 기능은 생물 정보 파이프 라인으로 유전자 서열을 분석하고 공개 데이터베이스에서 이미 이용할 수있는 것과 비교함으로써 매핑되고 재구성되었다. 공개 된 대사 능력 중에서, 오일 유래 오염 물질의 분해를위한 매우 다양한 유전자가 발견되었다. 이들 유전자는 다양한 기질 (다른 종류의 탄화수소)을 표적화하고 다른 조건 (호기성 또는 혐기성)에서 작동 할 수있는 효소를 코딩 하여이 취약한 환경에서 오염 제어에서 이러한 지역 사회의 중요한 역할을 강조했다. 또한, 특정 유형의 황산염 감소 박테리아 및 혐기성 분해 유전자는 유기 오염 (오염 된 부위에서 더 풍부함)과 상관 관계가있는 것으로 밝혀졌으며, 이는 혐기성 탄화수소 분해가 차가운 퇴적물의 핵심 과정임을 시사합니다.
.이 포괄적 인 메타 게놈 데이터 세트는 고조도 환경의 해안 퇴적물에서 생성 된 최초의 데이터 세트였으며, 조류 유래 탄소의 순환을위한 미생물의 능력에 대한 분석과 같은이 및 다른 미생물 생태 연구의 출발점이었다 (DOI :10.1111/1462-2920.13433). 이 메타 게놈은 녹색 화학과 같은 흥미로운 생명 공학 응용 프로그램 (저널 해양 약물, doi :10.3390/md15040114)을 갖는 효소를 코딩 할 수 있습니다.
이 연구, 극성 및 아극 해안 환경에서의 아대치 퇴적물에 대한 metagenomic 분석은 혐기성 탄화수소 분해 과정의 관련성을 강조합니다 , 저널 미생물 생태학 에 발표되었습니다 (doi :10.1007/s00248-017-1028-5). 이 논문에 기여하는 연구원들은 Fernando Espínola, Mariana Lozada 및 Hebe M. Dionisi (Centro Para el Estudio de Sistemas Marinos, Conicet, Argentina), Walter P. Mac Cormack (Instituto Antártico Argentino), Janet K. Jansson 및 Colelin (Pacon Borgly), ShareN Borgly, ShareN Borgly, Borglin Borglain (Pacicing National) 미국 국립 실험실), Jolynn Carroll (북극 석유 탐사 연구 센터, 노르웨이 북극 대학교 노르웨이 대학교) 및 Sara Sjöling (스웨덴의 Söddertörn University의 자연 과학 및 환경 연구 학교).
