قام فريق من العلماء باختراع مسبار جزيئي فلوري يضيء عندما يقوم الميكروبات البحرية بتحلل السكريات، مكشفًا عمليات رئيسية في دورة الكربون في المحيط. تسمح هذه الأداة بالملاحظة في الوقت الفعلي لكيفية تفاعل الطحالب والبكتيريا في تحلل الكربوهيدرات المعقدة. الاختراق، الذي تم تفصيله في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية، يعد بفهم أعمق لتخزين الكربون وإطلاقه في النظم البيئية البحرية.
في جهد تعاوني يشمل كيميائيين وميكروبيولوجيين وعلماء بيئة من معاهد ماكس بلانك، طور الباحثون مسبارًا مبتكرًا للسكريات لتصور النشاط الميكروبي في المحيط. المسبار، الذي تم إنشاؤه باستخدام تجميع الجليكان الآلي، يُلصق السكريات بمادتين فلوريتين تستخدمان نقل الطاقة بالرنين فورستر (FRET). عندما يكون سليمًا، تحافظ المواد على المسبار مظلمًا؛ لكن مع تحطيم الإنزيمات لعمود فقري السكر، يصدر ضوءًا، مما يمكن العلماء من تحديد التحلل في الوقت الفعلي.
تمتص الطحالب ثاني أكسيد الكربون لإنتاج الأكسجين والمادة العضوية، بما في ذلك السكريات التي هي مركزية في دورة الكربون البحري. ومع ذلك، ليست جميع السكريات سهلة الهضم—بعضها المعقد، مثل α-مانان من ازدهار الطحالب، يغرق إلى قاع البحر إذا لم يتم تحليله، محاصرًا الكربون لقرون. يعالج المسبار هذا التحدي من خلال تتبع مثل هذه البوليساكاريدات دون الحاجة إلى بيانات جينومية سابقة.
"السكريات موجودة في كل مكان في النظم البيئية البحرية، ومع ذلك لا يزال غير واضح ما إذا كان الميكروبات قادرة على تحليلها جميعًا أو كيف"، قال يان-هيندرايك هيهمين من معهد ماكس بلانك للميكروبيولوجيا البحرية ومركز ماروم للعلوم البيئية البحرية في بريمن. "يسمح المسبار الجديد لنا برؤية حدوثه مباشرة"، أضاف بيتر سيبرغر من معهد ماكس بلانك للكولويدات والواجهات.
تم اختباره بنجاح في إنزيمات مُطهرة، مستخلصات بكتيرية، خلايا حية، ومجتمعات معقدة، يرسم الأداة دوران α-مانان ويحدد المحللين النشطين. "هذه البحث مثال رائع على التعاون متعدد التخصصات بين معاهد ماكس بلانك"، لاحظ رودولف أمان من معهد ماكس بلانك للميكروبيولوجيا البحرية. "مع جليكانات FRET الخاصة بنا، لدينا الآن أداة جديدة للبحث في التفاعلات بين الفيتوプランكتون والبكتيريوプランكتون في المحيط."
أكد المؤلف الأول كونور كروفورد إمكانياته: "السكريات مركزية في دورة الكربون البحري. مع هذا المسبار FRET، يمكننا السؤال: من يأكل ماذا، أين، ومتى؟" يمتد هذا التقدم إلى ما هو أبعد من المحيطات إلى النظم البيئية مثل الأمعاء البشرية، مما يعزز فهم دورة الجليكان وتدفق الكربون البيئي.