Smeltevannsdammer i Antarktis er fulle av bakterier – både nyttige og farlige. Stipendiat ved NMBU, Volha Akulava, har forsket på hvordan disse bakteriene tilpasser seg klimaendringene. Hun har oppdaget at mens noen av bakteriene kan brukes i industrien, kan andre bidra til å spre antibiotikaresistente gener.
– Antarktiske smeltevannsdammer er unike uutforskede biotoper preget av en høy kompleksitet av mikrobiota og påvirket av stadig skiftende økologiske faktorer", sier Akulava.
Smeltevannsbakterier kan bidra til å produsere verdifulle kjemikalier
– Bakteriene er interessante fordi de kan overleve i veldig kalde temperaturer. Så de kan brukes til å studere hvordan organismer tilpasser seg klimaendringer. De kan også brukes til å produsere verdifulle kjemikalier, som pigmenter og lipider, sier Volha.
I forbindelse med doktorgradsarbeidet sitt jobbet Akulava med bakterier fra vannprøver fra uutforskede smeltevannsdammer i Thala Hills Oasis i Øst-Antarktis. Hun fant ut at vannet var alkalisk og fullt av aktive bakterier. Totalt identifiserte hun tjueni forskjellige bakterier, som tilhørte 12 forskjellige grupper. Den vanligste gruppen var Pseudomonas. Mange av disse bakteriene kan produsere pigmenter og enzymer, noe som er nyttig i mange industrier.
Noen bakterier var også resistente mot antibiotika.
– Dette kan være knyttet til dyr som bor i nærheten av dammene, sier Akulava.
Ettersom klimaet i Antarktis endres raskt, kan disse bakteriene bidra til å spre multiresistente gener. Men bakteriene kan også hjelpe oss med å spore spredningen av antibiotikaresistens og hjelpe oss å lære mer om virkningen av mennesker eller dyr i polare områder.
Endringer i temperaturen påvirker bakteriene
Akulava så på hvordan bakteriene endrer cellelipidene sine, altså fett og oljer, for å overleve i forskjellige temperaturer. Arbeidet hennes viser at bakteriene kan endre kjemien sin for å overleve i forskjellige temperaturer.
– De fleste bakterier økte lipidinnholdet når de ble dyrket ved lavere temperaturer. Endringer i temperaturen kan også påvirke andre deler av bakteriene, som proteinene og polysakkaridene, sier hun.
Akulava så deretter på hvordan bakterienes generelle kjemi endres når de dyrkes ved forskjellige temperaturer og i forskjellige typer kulturmedium.
De største endringene fant hun i bakterier som kan vokse i et bredt spekter av temperaturer.
– Lipider ble minst påvirket av temperaturendringer, mens polysakkarider ble mest påvirket, sier hun.
Bakterier produserer verdifulle pigmenter
Akulava fant ut at noen av bakteriene fra smeltevannsdammene produserer pigmenter – eller fargestoffer. Noen av disse pigmentene, som β-karoten, canthaxanthin, lycopen og zeaxanthin, brukes i flere industriapplikasjoner. Akulava testet også hvordan noen av disse pigmentene reagerer på blått lys og hvor stabile de er i sollys, noe som er viktig hvis de skal brukes i solceller.
I dette arbeidet brukte hun tradisjonelle mikrobiologiske og analytiske teknikker og kombinerte dem med moderne vibrasjonsspektroskopiteknikker. Disse tverrfaglige teknikkene var bemerkelsesverdig effektive.
"High-throughput FTIR og FT-ramanspektroskopi viser seg å være svært effektive for screeninger, bioprospektering og biokjemisk karakterisering av nylig isolerte bakterier, sier Akulava.
Akulavas arbeid presenterer et grunnlag for videre utforskning av antarktiske kuldetilpassede bakterier for bioteknologiske applikasjoner og fremhever verdien av vibrasjonsspektroskopiteknikker for bioprospektering av mikroorganismer fra nye miljøer.
Volha Akulava forsvarer sin doktorgradsavhandling "Omfattende fenotypisk karakterisering av nylig isolerte kuldetilpassede bakterier fra midlertidige smeltevannsbassenger i Antarktis" fredag 1. mars 2024. Se disputasoppslaget her.