Ett team av forskare har uppfunnit en fluorescerande molekylär sond som lyser upp när marina mikrober bryter ner socker, och avslöjar nyckelprocesser i havets kolcykel. Detta verktyg möjliggör observation i realtid av hur alger och bakterier interagerar vid nedbrytning av komplexa kolhydrater. Genombrottet, som beskrivs i Journal of the American Chemical Society, lovar djupare insikter i kolinlagring och -frisättning i marina ekosystem.
I ett samarbete mellan kemister, mikrobiologer och ekologer från Max Planck-institut har forskare utvecklat en innovativ sockersond för att visualisera mikrobiell aktivitet i havet. Sonden, skapad med automatiserad glykanmontering, märker socker med två fluorescerande färger som använder Förster-resonansenergöverföring (FRET). När den är intakt håller färgerna sonden mörk; men när enzymer bryter sockrets ryggrad avger den ljus, vilket gör det möjligt för forskare att pinpointa nedbrytningen i realtid.
Alger absorberar koldioxid för att producera syre och organiskt material, inklusive socker som är centrala i den marina kolcykeln. Dock är inte alla socker lättsmälta—vissa komplexa, som α-mannan från algblomningar, sjunker till havsbotten om de inte bryts ner, och fångar kol i århundraden. Sonden hanterar denna utmaning genom att spåra sådana polysackarider utan behov av tidigare genomdata.
"Socker är allestädesnärvarande i marina ekosystem, men det är fortfarande oklart om eller hur mikrober kan bryta ner dem alla," sade Jan-Hendrik Hehemann från Max Planck-institutet för marin mikrobiologi och MARUM-centret för marina miljövetenskaper i Bremen. "Den nya sonden låter oss se det hända live," tillade Peter Seeberger från Max Planck-institutet för kolloider och gränssnitt.
Testad framgångsrikt i renade enzymer, bakterieextrakt, levande celler och komplexa samhällen kartlägger verktyget α-mannans omsättning och identifierar aktiva nedbrytare. "Denna forskning är ett underbart exempel på tvärvetenskapligt samarbete mellan Max Planck-institut," noterade Rudolf Amann från Max Planck-institutet för marin mikrobiologi. "Med våra FRET-glykaner har vi nu ett nytt verktyg för att forska om interaktioner mellan fytoplankton och bakterieplankton i havet."
Första författaren Conor Crawford betonade dess potential: "Socker är centrala i den marina kolcykeln. Med denna FRET-sond kan vi fråga: Vem äter vad, var och när?" Detta framsteg sträcker sig bortom haven till ekosystem som människans tarm, och förbättrar förståelsen av glykancykling och miljörelaterat kolflöde.