Mikrobiologinen karakterisointi 2017-2019
Mikrobiologinen karakterisointi
Tutkimuksessa on selvitetty varsinaisessa happamassa sulfaattimaassa tapahtuvat geokemialliset reaktiot. 16S rRNA -geenisekvensoinnin avulla ollaan saatu käsitys mikrobipopulaatioista, mutta edelleen on epäselvää mitkä populaatiot aiheuttavat muutoksen varsinaisiksi happamiksi sulfaattimaiksi.
Tähän mennessä ei ole lainkaan tutkittu mitkä mikrobit ovat aktiivisia ja mitkä metaboliset reitit ovat käytössä eri maakerrosten välillä, jotka ovat 1) hapettunut kerros (pH < 4, varsinainen hapan sulfaattimaa) 2) siirtymäkerros (suuri pH-muutos happamasta lähes neutraaliiin) 3) hapettumaton kerros (pH > 7, potentiaalinen hapan sulfaattimaa).
Olemme pyrkineet hyödyntämään kehittyneitä sekvensointimenetelmiä ja geokemiallista dataa ymmärtääksemme metabolisia ja molekulaarisia mekanismeja, jotka vaikuttavat mikrobiyhteisöihin tässä äärimmäisessä ympäristössä.
Elokuussa 2017 otettiin näytteet Risöfladanin koekentältä 1) happamasta sulfaattimaasta, 2) siirtymäkerroksesta sulfaatti- ja sulfidimaan välissä sekä 3) alkuperäisestä sulfidisedimentistä. DNA ja RNA eristettiin kaikista näytteistä ja lähetettiin ja amerikkalaiseen tutkimuslaitokseen U.S. Department of Energy Joint Genome Institute (JGI) metagenomisia ja metatranskriptomisia sekvensointeja varten. Näiden lisäksi tehtiin 16S rRNA-geenisekvensointi kustakin maanäytteestä. Sekvensoinnit saatiin päätökseen marraskuussa 2018 ja julkaistiin vuoden 2019 alussa NCBI Sequence Read Archive -tietokannassa sekä Scientific Data -tiedelehden artikkelissa Metagenomes and metatranscriptomes from boreal potential and actual acid sulfate soil materials.
Maanäytteistä tehtiin Åbo Akademissa myös geokemiallisia analyysejä: pH, redox-potentiaali, raudan ja rikin esiintymismuodot sekä tiettyjen metallien pitoisuudet. Yhteenveto kolmen maakerroksen geokemiallisesta datasta ilmenee oheisesta kuvasta.
Yhdistetystä sekvensointi- ja geokemiallisesta datasta julkaistiin vuonna 2022 artikkeli Communications Earth & Environment -tiedelehdessä Gallionella and Sulfuricella populations are dominant during the transition of boreal potential to actual acid sulfate soils.
Tärkein johtopäätös oli, että tutkituissa kolmessa maakerroksessa oli kerrosten erilaisista geokemiallisista ominaisuuksista johtuen hyvin erilaiset mikrobiyhteisöt. Siirtymäkerroksessa vallitsivat happoa sietävät tai kohtuullisen asidofiiliset rautaa hapettavat ja rikkiä muokkaavat bakteerit, jotka katalysoivat metallisulfidien hapettumista ja happaman sulfaattimaan muodostumista.
Alkuperäisen sulfidisedimentin tärkeimmät bakteerilajit ja vallitsevat metaboliset prosessit ilmenevät alla olevasta kuvasta. Anaerobiset metaboliset prosessit, kuten metanogeneesi, ovat valllitsevia sulfidisedimentissä, joka sisältää myös useita huonosti karakterisoituja mikrobipopulaatioita.
