Kirlilik tüm biyomları etkiler. Deniz ortamları özellikle, özellikle mercan resifleri, dünya üzerindeki en hassas ekosistemler biri etkilenmiştir. Biyoremediasyon, organizmaların kirleticileri bozabilme kapasitesidir. Burada, mercanlar için biyoremediasyon yeteneği ve potansiyel probiyotik özellikleri sunan mikropları izole etmek ve test etmek için metodolojileri tanımlıyoruz.
Kirlilik tüm biyomları etkiler. Deniz ortamları özellikle, özellikle mercan resifleri, dünya üzerindeki en hassas ekosistemler biri etkilenmiştir. Küresel olarak, 4,5 milyar insan ekonomik olarak denize bağımlıdır ve geçim kaynaklarının çoğu mercan resifleri tarafından sağlanır. Mercanlar çok önemlidir ve bu nedenle soylarının tükenmesi felaket sonuçlara yol açar. Biyoremediasyon da dahil olmak üzere, deniz kirleticileri ve yerel kontaminasyonu düzeltmek için çeşitli olası çözümler vardır. Biyoremediasyon, organizmaların kirleticileri bozabilme kapasitesidir. Bu yaklaşım, sürdürülebilirlik, nispeten düşük maliyet ve farklı ekosistemlerde uygulanabilmesi gibi çeşitli avantajlar sunarak çevreye en az etkiye neden olmaktadır. Ekstra bir avantaj olarak, endojen mikrobiyomların manipülasyon, mercanlar için putatif yararlı mikroorganizmalar da dahil olmak üzere (pBMCs), deniz hayvanları için probiyotik etkileri olabilir. Bu bağlamda, biyoremediasyon ve pBMC aşılama kombine iki yaklaşımın kullanımı, umut verici olabilir. Bu strateji, mercanlar ve diğer metaorganizmalar için zararlı olabilecek belirli kirleticilerin bozulmasını teşvik ederken, aynı zamanda kirlilik ve diğer tehditlerle başa çıkmak için ev sahibi direncini ve dayanıklılığını da artıracak. Sentetik östrojen 17a-ethinylestradiol (EE2) ve ham petrol: Bu yöntem iki kirletici leri bozacak pBMCs seçimi üzerinde duruluyor. Her ikisinin de mercanlar ve insanlar da dahil olmak üzere deniz hayvanlarını olumsuz etkilediği bildirildi. Protokol, belirli kirleticimaddeleri bozabilecek bakterilerin nasıl izole edilip test edilebildiğini açıklar ve ardından bu ilişkili mikropların mercan konaklarına bazı putatif yararlı özelliklerinin nasıl tespit edilebildiğini açıklar. Burada açıklanan metodolojiler nispeten ucuz, gerçekleştirmek kolay ve son derece uyarlanabilir. EE2 ve yağ yerine hemen hemen her türlü çözünür hedef bileşiği kullanılabilir.
Kirlilik dünya çapında insan, hayvan ve bitki sağlığını etkileyen önemli bir konudur. Kirlilik doğal olabilir rağmen, volkanik küller gibi1,insan faaliyetleri en kirliliğin birincil nedenidir. Antropojenik faaliyetler toprak, su ve havayı kirletiyor ve bu da doğrudan veya dolaylı olarak yaklaşık 20 milyon erken insan ölümüne yol açıyor2 ve her yıl milyarlarca diğer yaşam formunu yok ediyor. Kirleticiler gezegenin en ücra bölgelerinde bile bulunur. Örneğin, ağır metaller ve kalıcı organik bileşikler derin deniz omurgasızlar ve kutup memelileri, sırasıyla tespit edilmiştir3,4.
Deniz ortamları özellikle kirliliktarafından etkilenmiştir. Uzun bir süre için, bu okyanus etkilenmemiş kalır vesu5 onun büyük hacmi nedeniyle malların sonsuz bir kaynak kaynağı olduğu kabul edildi. Bu nedenle, sanayi ve kurumların her türlü serbestçe yüzyıllar boyunca su organlarında atık serbest6,7. Plastik8,sentetik hormonlar9,pestisitler10,yağ11,besin12,ağır metaller3ve radyoaktif atık13 gibi her türlü çeşitli kirleticiler, etkileyen olarak bildirilmiştir okyanus ekosistemleri. Bu bağlamda mercan resifleri deniz ortamlarının en önemli ve hassas ekosistemleri arasında dır14. Resifler kıyı koruyucuları, besin bisiklet ve iklim kontrolü önemli roller oynayarak deniz türlerinin binlerce gelişimi için çok önemlidir. Resifler de diğerleri arasında balık, mal ve turizm sağlayarak ekonomiye katkıda15. Örneğin, 4.5 milyar insan büyük ölçüde mercan resifleri tarafından desteklenen ana besin kaynağı16olarak okyanus balığı bağlıdır.
Ne olursa olsun onların ekolojik, sosyal ve ekonomik önemi, mercan resifleri yok ediliyor17,18. Antropojenik faaliyetler öncelikle mercanların ölümünün üç ana nedenine katkıda bulunmaktan sorumludur: iklim değişikliği, aşırı avlanma ve su kirliliği19. Küresel ısınmanın azaltılması üzerinde çalışmak önemli olsa da, aynı zamanda kritik mercan düşüş20katkıda bulunabilir su kirliliği de dahil olmak üzere, yerel kontaminasyon, en aza indirmek üzerinde çalışmak önemlidir. Bu nedenle, mercanların yaşam süresini artırmak için stratejilergeliştirilmesi için acil bir ihtiyaç vardır, bu da onlara uyum sağlamaları ve hayatta kalmaları için fazladan zaman sağlayabilir.
Bu bağlamda kontaminasyonu en aza indirecek çözümler bulmak ve mercanların zindeliğini artırmak için stratejiler geliştirmek son derece önemlidir. Deniz kirleticilerini iyileştirici stratejiler son derece çeşitlidir ve fiziksel, kimyasal ve biyolojik yaklaşımlar olarak gruplandırılabilir. Fiziksel yaklaşımlar yararlıdır. Ancak, her zaman verimli değildir. Örneğin, plastik atıklar fiziksel olarak uzaklaştırılarak en aza indirilebilirken, suda çözünen bileşiklerin ortadan kaldırılması için başka metodolojilere ihtiyaç duyar. Bu tür bileşiklerin örnekleri ham petrol, petrol endüstrisi faaliyetleri ve dökülmeleri tarafından yayımlanan yanı sıra sentetik hormonlar gibi diğer mikro kirleticiler, normalde oral kontraseptif östrojenik bileşeni olarak kullanılan ve kanalizasyon mevcut21, 22. Kontaminasyonu azaltmak için kimyasal maddelerin kullanımı belirli bir sorunu çözebilir, ancak aynı zamanda ekstra bir kirlilik kaynağı olabilir. Bu durum, deniz ekosistemleri için petrol kontaminasyonundan daha zehirli olarak tanımlanan petrol kontaminasyonunu azaltmak için kimyasal dağıtıcılar için geçerlidir23. Bu nedenlerden dolayı, biyolojik yaklaşımlar diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında çeşitli avantajlar sunar. Biyoremediasyon canlı organizmaların kapasitesi, ya da metabolik ürünler, daha az toksik veya toksik olmayan formları içine kirletici dönüştürmek için24. Biyolojik yöntemler kullanarak temel avantajları sürdürülebilirlik, göreceli düşük maliyet, onlar ekolojik dostu olması, ve farklı ekosistemlerde uygulanabilir, çevreye en az veya daha az etkiye neden21, 25,26,27.
Ayrıca, bir ortamda mevcut mikrobiyal topluluk manipülasyon ekstra bir potansiyel avantaj sağlar. Ev sahipleri ile ilişkili ve sağlık için gerekli olan mikrobiyomlar vardır. Bu ilişkili simbiyotik mikrobiyomların ev sahibi homeostaz19korumak için gerekli olduğu bilinmektedir. Bu ilişkili mikroorganizmaların manipülasyon iyi bitki ve memeliler28gibi konaklar için araştırılmıştır28,29, ama mercan probiyotiklerin kullanımı hala yeni15. Mercanlar da barındırmak, etkileşim ve mikroorganizmaların büyük ve belirli popülasyonları bağlıdır19hayatta kalmak için . Mercanların sağlık ve dysbiosis bu mikrobiyal toplulukların rolü aktif çalışma altında, ama yine de tam olarak anlaşılmış olmaktanuzaktır 30. En popüler hipotezlerden biri mercan probiyotik hipotezi denir. Bu simbiyotik mikroorganizmalar ve en avantajlı mercan metaorganizmaların seçimi hakkında getiren çevre koşulları arasında dinamik bir ilişkinin varlığını göstermektedir31. Bu bilgilere dayanarak, anahtar potansiyel probiyotik mekanizmalar, yanı sıra izolasyon için stratejiler, manipülasyon, ve mercanlar için yararlı mikroorganizmaların teslim (BmCs) çeşitli amaçlar için, önerilmiştir32 ve test33. Bu potansiyel yararlı özellikleri sıcaklık artışına karşı direnç, reaktif oksijen türlerine karşı koruma (ROS), azot fiksasyonu, kirleticilere karşı direnç ve patojenlere karşı biyolojik kontrol, diğerleri arasında32.
Bu çalışma, deniz ortamlarında yaygın olarak bulunan iki kirletici maddeyi bozabilme yeteneğini sunan KBM’lerin ve serbest yaşayan mikroorganizmaların seçimine odaklanmaktadır: sentetik östrojen 17a-ethinylestradiol (EE2) ve ham petrol. Hormon aktif maddeler içeren kirleticiler genellikle su kütlelerinde mevcuttur34,35,36,37,38,39,40, 41,42. Bunlar arasında, sentetik östrojenik endokrin bozucu bileşikler (EDCs) hedef hücreler üzerinde östrojen lerin eylem taklit, hayvanlar üzerinde çeşitli etkilere neden, meme kanseri de dahil olmak üzere, kısırlık, ve hermafroditizm9. EE2 oral kontraseptif kullanımı nedeniyle insanlar tarafından atılır. Geleneksel atıksu arıtma tesisleri tarafından kanalizasyondan çıkarılmaz ve çok düşük konsantrasyonlarda bile olumsuz etkileri vardır (örn. ng/L veya μg/L)43,44,45. Az mercan fizyolojisi üzerinde östrojen etkileri hakkında bilinmektedir46,47. Bununla birlikte, süngerler, kabuklular ve yumuşakçalar gibi diğer deniz omurgasızlarında östrojenlerin, gametlerin geliştirilmesi ve/veya uyarılması, enzimatik ve protein eylemleri, embriyonik süreçlerde sorunlar, ve diğerleri48,49,50,51,52. EE2 kontaminasyonundan kaynaklanan olumsuz sonuçlar, deniz yaşamını etkilemeden bu bileşiği çevreden çıkarmak için sürdürülebilir yaklaşımlar geliştirme gereğini vurgulamaktadır.
Buna paralel olarak, petrol şu anda dünyanın tüketilen enerji kaynaklarının yaklaşık% 40 muhasebeile 53, kronik kontaminasyon ve petrol sızıntıları genellikle resif alanları11yakınında meydana. Petrol kirlenmesi deniz hayvanları, kuşlar, bitkiler ve insanlar54,55,56,57çeşitli türlerde olumsuz etkilere neden olduğu bildirilmiştir. Mercanlarda ağartma neden olur, larvaların termal strese karşı direncini azaltır58, mikrobiyal ilişkili toplulukları bozar21, ve doku nekrozu neden olur. Buna ek olarak, kimyasal dispersantlar, yaygın dökülmeleri düzeltmek için petrol şirketleri tarafından kullanılan bir petrol ıslah tekniği, petrol kendisi23daha mercanlar için daha zehirlidir. Mercanlardan izole edilen yararlı mikroorganizmalar, buna karşılık, konak sağlığı üzerinde önemli roller oynamaları ile bilinirler. Ancak, Bu potansiyel probiyotiklerin manipülasyon daha iyi amacıyla olası olumsuz yan etkileri ve metaorganizmanın uygunluğunu artırmak için taranabilir metabolik kapasiteleri araştırmak için araştırılmalıdır. Bu bağlamda, mercan patojenlerine karşı antimikrobiyal aktivite, oksidatif stresle mücadele de katalaz üretimi, üreyi bozabilme yeteneği (kireçlenme sürecinde önemli rolleri olabilir) ve genlerin varlığı gibi özellikler bu potansiyel yararlı özellikleri, diğerleri arasında, soruşturma nın odak noktası olmalıdır. Burada, biyoremediasyon ve probiyotikler birlikte kirliliğin etkilerini azaltmak ve mercan sağlığını geliştirmek için nasıl kullanılabileceğini göstermektedir. Deniz türlerinin kalıcılığını artırmak için müdahale olarak kullanılabilecek yenilikçi yaklaşımların geliştirilmesi, daha sürdürülebilir ve sağlıklı bir gezegene doğru atılmış bir adımı temsil etmektedir.
Biyoremediasyon yaklaşımları son 50 yılda büyük ölçüde araştırılmıştır. Örneğin, birkaç farklı habitatlarda bakteri, siyanobakteri, mikroalg ve mantarlar arasında 200’den fazla mikrop, varlığını göstermek ve / veya yağ hidrokarbonlar62,63,64 göstermek mümkün olarak belirlenmiştir . Ayrıca, plastik, bisfenol A, endokrin bozucular ve ağır metaller gibi çevre ve insanlar için etkilere neden bileşiklerin diğer sınıflar, biyoremediasyon tekniği geliştirme için hedefler65,66, 67′ye kadar. Öte yandan, deniz probiyotik gelişimi ekonomi üzerinde bariz bir etkiye sahip alanları ile sınırlı olmuştur, kültür balıkçılığı balık probiyotikler gibi68,69. Ancak mercan resiflerini korumak için yararlı mikroorganizmaların izolasyonu ve karakterizasyonu, balıkçılık, turizm ve diğer karlı faaliyetleri destekleyen deniz ekosistemleri15değerlenmeye başlanmaktadır. Burada, yerel deniz ekosistemlerine, özellikle mercanlara (pBMCs) zararlı yararlı mikroorganizmalar da sunabilen kirletici aşağılayıcı mikroorganizmaların seçilmesi için ucuz, kolay ve erişilebilir bir protokol Açıklanan.
Ayrıca, burada gösterilen yöntem son derece çeşitli bileşikler ve mikrobiyal kaynakların çeşitli türleri için uyarlanabilir. Minimum ortama eklenen tek karbon kaynağını değiştirerek farklı kirleticileri hedeflemek mümkündür. Bunun için, yağ veya EE2 yerine, diğer bileşikler istenilen konsantrasyonda eklenmelidir. Bu, hedeflenen kirleticilerin bozulanlarını izole etmek için seçici bir basınç olacaktır. Örneğin, endokrin bozucuların diğer sınıfları aşağılama yeteneğine sahip mikroorganizmalar zaten seçilmiş ve aynı metodoloji70kullanılarak test edilmiştir. Ayrıca, sünger ve bitkiler71,72gibi diğer deniz ve karasal organizmalar, yanı sıra toprak, yakıt ve kayalar gibi çevresel örneklerin farklı türleri, aşağılayıcı-mikrobiyal kaynaklar25olarak kullanılabilir, 73,74. Örneğin, farklı toprak ve tortu örneklerinden hidrokarbon bozan bakterileri tespit etmek ve izole etmek mümkün oldu25,54,63,64,75. Son olarak, medyada hafif değişiklikler yaparak, bakteriler dışındaki mikroorganizmalar kolayca aşağılayıcı-mikroplar olarak seçilebilir. Örneğin, etkili östrojen bileşikleri düşürmek için yeteneği ile bir mikroalg suşubildirilmiştir 76.
İdeal olarak, biyoremediasyon-probiyotik konsorsiyum her özel bileşik veya alan için monte edilmelidir. Belirli bir ortamda yetişen mikroplar, yerel koşullarına kıyasla yeni bölgelerde de büyüyemeyebilir. Araştırmacılar tüm farklı çevre koşullarında verimli bir şekilde uygulanabilecek bir ürün bulamadıklarından, her durum için yeni konsorsiyum montajı yapılmalıdır. Bu çevreye özel kurtarma için kişiselleştirilmiş tıp benzer olacaktır. Bu nedenle, potansiyel probiyotik özellikleri ve bozulma kapasitesi ile mikrobiyal suşları bir merkez bankası oluşturulması bu alanın ilerlemesi için önemli bir adımdır. Bu girişim, dünya çapında yeni özel konsorsiyumların montajına katkıda bulunarak zamandan ve işten tasarruf edece.
Mercanlar ile ilişkili mikroorganizmalar (yani, mikroalg, bakteri, arke, mantar, ve virüsler) ev sahibi homeostaz bakımında karmaşık ve karmaşık bir role sahiptir19. Çevre stres, kirlilik gibi, aynı zamanda mercan mikrobiyomu istikrarsızlaştırmak olabilir, disbiyoz ile sonuçlanan, hangi hastalık ve mortaliteye neden olabilir30. Mercan mikrobiyomlarının mercan sağlığını destekleyebilecek mekanizmaları ortaya çıkmaya başladı. Bu mekanizmalar mercan direnci ve çevresel strese karşı dayanıklılığı anlamak ve sonuç olarak, resif kalıcılığı ve korunması teşvik etmek için anahtardır. Ayrıca, alanında bulgular genel konak-mikrobiyom etkileşimleri anlamak için yardımcı olacaktır, hangi diğer alanlarda daha iyi probiyotikler ve sağlık teşvik stratejilerinin geliştirilmesine katkıda bulunabilir. Ayrıca daha iyi nasıl bu probiyotikler aşıları stres olayları sırasında metaorganizmanın sağlığı üzerinde müdahale edebilir araştırmak önemlidir. Örneğin, mercan performansı nda büyütme probiyotikler ve sadece mercan bir gıda kaynağı olarak bakteri kullanarak kaynak olduğunu gösteren çalışma hala gereklidir.
Buna paralel olarak, yeni konsorsiyum teslim yaklaşımlarının geliştirilmesi ve mevcut olanların iyileştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Konsorsiyum immobilizasyonu için alternatif yöntemlerin yanı sıra mercan gıda (yani, artemia ve rotifers) aşılama ve vektör olarak kullanarak gibi yenilikçi yaklaşımlar, umut verici. Bu dağıtım sistemleri de diğer deniz organizmaları hedef değiştirilebilir ve deniz probiyotikler alanının başarısı için gerekli olacaktır.
Kirlilik azaltma ve mercan resifi kalıcılığı şu anda düzenli olarak çevre konferanslarında vurgulanan ana konulardan ikisidir. Birleşmiş Milletler tarafından yayınlanan ve toplumun sürdürülebilir bir geleceğe olanak sağlamak için ulaşması gereken küresel hedefleri açıklayan Gündem 2030, her konu için belirli hedefler ayırıyor. Hedef 6 kirliliği azaltarak su kalitesinin iyileştirilmesinin önemini vurgularken, Hedef 14 okyanusların, denizlerin ve deniz kaynaklarının korunması ve sürdürülebilir kullanımının önemini güçlendirmektedir77. Bu bağlamda, mercan resiflerinin korunması, kirlilik azaltma da dahil olmak üzere yakın gelecekte elde edilmesi gereken değişikliklere bağlıdır. Bu büyük önem taşımaktadır, çünkü en büyük mercan kayıpları diğer faktörler iklim olaylarına eklendi oluştu, yerel habitat imha ve kirlenme gibi78,79. Bu makale, belirli kirleticileri alçaltmak için biyoremediasyon ve pBMC aşısını birleştirmenin mümkün olduğunu, mercanLarın kirleticiler ve diğer sorunlarla başa çıkma direncini ve direncini artırabileceğini göstermiştir. Mevcut protokollerin optimizasyonu ve/veya birlikte veya bağımsız olarak uygulanan yenilikçi yöntemlerin geliştirilmesi, deniz ekosistemlerinin geleceğini belirlemek için çok önemli olacaktır.
The authors have nothing to disclose.
Bu araştırma, ANP 21005-4 olarak tescil edilen devam eden Ar-Ge projesi ile birlikte yapılmıştır, “PROBIO-DEEP – Derin deniz limanlarında petrol ve gaz aramalarının neden olduğu potansiyel etkilerin araştırılması ve potansiyel biyogöstergelerin seçimi ve bu ekosistemler için biyoremediation süreçleri” (UFRJ / Shell Brasil / ANP) – “PROBIO-DEEP – Levantamento de potenciais impactos causados pela exploração de óleo e gás em holobiontes marinhos em mar profundo e seleção de potenciais bioindicadores eos process biorremediadores para esses ecossistemas”, Shell Brasil sponsorluğunda ANP Ar-Ge vergisi altında “Compromisso de Investimentos com Pesquisa e Desenvolvimento. Yazarlar ayrıca Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) ve Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) mali destek için teşekkür ve Camila Messias, Phillipe Rosado ve HFraenriquegoso dos Santos, sağlanan görüntüler için.
500 mL PYREX Media Storage Bottle | thomas scientific/Corning | 1743E20/1395-500 | Used to sample water. |
500 mL Aspirator Bottles | thomas scientific/Corning | 1234B28/1220-2X | Used to separate the oil fractions. |
6-inch wire cutter plier | thomas scientific/Restek | 1173Y64/23033 | Used to cut coral fragments. |
17a-Ethinylestradiol | LGC Standards | DRE-C13245100 | Used as the only carbon source to make the selective media. |
Agar | Himedia | PCT0901-1KG | Used to make solid media. |
Bushnell Haas Broth | Himedia | M350-500G | Used as minimum media to be supplemented with carbon sources. |
Erlenmeyer Flask | thomas scientific/DWK Life Sciences (Kimble) | 4882H35/26500-125 | Used to incubate coral macerate with glass beads. |
GFX PCR DNA and Gel Band Purification kit | GE Healthcare | 28903470 | Used to purify PCR products before sending them for sequencing. |
Glass Beads | MP Biomedicals | 1177Q81/07DP1070 | Used to detach the microorganisms from coral structures. |
Laminar Flow Hood | Needed to work at sterile conditions. | ||
Luria Bertani Broth, Miller (Miller Luria Bertani Broth) | Himedia | M1245-1KG | Used as rich media to grow bacteria. |
Marine Agar 2216 (Zobell Marine Agar) | Himedia | M384-500G | Used as rich media to grow bacteria. |
Orbital-Shaker Incubator | Used to incubate liquid media and oil. | ||
Plates Incubator | Used to incubate plates. | ||
Porcelain Mortar and Pestle | Thomas scientific/United Scientific Supplies | 1201U69/JMD150 | Used to macerate coral fragments. |
Qubit 2.0 Fluorometer | Invitrogen | Used for nucleic acids quantification of DNA and PCR products. | |
Refrigerated Centrifuge | Used to centrifuge bacterial cultures. | ||
Spectrophotometer | Used to measure optical density of bacterial cultures. | ||
Wizard Genomic DNA Purification kit | Promega | A1120 | Used for microbial strains DNA extraction. |