Havets osynliga invånare – okända mikrober med stor påverkan

Vad lever i vattnet? Stora saker kan vi se: vattenväxter, makroalger, fiskar och smådjur. Även mikroskopiska växt- och djurplankton i Östersjön har vi rätt god koll på, med forskarnas hjälp. Men ju mindre organismer, desto mindre kunskap. I varje liter havsvatten finns också miljarder bakterier, men vilka de är och vad de gör är det inte många som kan svara på.

Livsviktiga processer

Samtidigt sker livsviktiga processer i havet, som hela ekosystemet, inklusive vi människor, är helt beroende av. Näringsämnen omsätts, syrgas bildas och förbrukas, liksom koldioxid, metan och andra växthusgaser. pH förändras, olika ämnen (inklusive miljögifter och annat vi människor släpper ut) binds in i sediment, andra ämnen bryts ner och byggs upp, med en mängd olika effekter. Det påverkar födoväven, vattenkvaliteten, klimatet … I alla dessa processer spelar havets minsta invånare, i form av bakterier, arkéer och virus, nyckelroller.

Ny teknologi inom molekylärbiologins område, så kallad ”omik”, har revolutionerat våra möjligheter att undersöka de för våra ögon osynliga havsorganismerna, och vilka aktiviteter de ägnar sig åt. I ett nystartat forskningsprojekt, där Östersjöcentrum samarbetar med Miljögenomikgruppen vid SciLifeLab, utnyttjar man den samlade kompetensen i biogeokemi, ekologi och omik för att utforska havets mikrober. Forskningsprojektet har fått namnet SeaLab. Huvudfokus är på havets bakterier, arkéer och virus, men man kommer också att kunna få mycket kunskap om små eukaryota plankton.

Förbereder filtrering

Inne på filtreringslabbet på Askö fältstation monterar mikrobiologen Emma Bell ihop delarna till den peristaltiska pump som ska föra vattnet från provtagningarna igenom filter som fångar upp de organismer man vill undersöka. Porerna i filtren är 0,2 mikrometer stora, alltså en femtedel av en tusendel av en millimeter. I ett så finporigt filter fastnar de flesta av havets bakterier. Även många virus fastnar, eftersom de ofta sitter fast på eller inuti bakterierna.

Även större saker fastnar naturligtvis.

– Vi vill ändå inte göra någon för-filtrering eftersom vi då skulle filtrera bort en del av de bakterier som vi är intresserade av, förklarar Emma Bell. Särskilt vid blomningar bildar många bakterier aggregat, alltså klumpar av enskilda celler, och en del cyanobakterier bildar långa trådar, som vi då skulle gå miste om i våra prover.

Provtagning vid B1

Arton liter vatten ska hämtas, och Emma Bell och Eva Lindell, stationschef vid Askölaboratoriet och den som hädanefter regelbundet kommer att ge sig ut för att samla in vattenprover åt SeaLab, kliver ner i den lilla arbetsbåten Sprattus med vattenhämtare och behållare. Eva kör ut till den klassiska mätstationen B1, i Yttre Hållsfjärden strax utanför Askölaboratoriet. Där sker provtagningar inom den nationella marina miljöövervakningen 25 gånger per år, vilket ger värdefull havsmiljödata att jämföra mikrob-proverna med.

Proverna kommer också att kunna jämföras med den mikrob-provtagning som skett vid LMO-stationen utanför Öland i 15 år, av professor Jaronne Pinhassis grupp vid Linnéuniversitetet, som delat med sig av sin metodik.

B1 är utmärkt med en gul prick och intill den guppar en mindre röd boj, som Emma Bell fiskar upp med båtshaken och lägger fast båten vid.

Vattenhämtaren sköljs ur med havsvatten från platsen och sänks sedan ner för den allra första provtagningen för forskningsprojektet SeaLab. Två meter ner under ytan hämtas vattnet, grunt nog för att få med bakterier som är beroende av solljuset för sin livscykel, som de fotosyntetiserande cyanobakterierna.

Vattnet ser helt klart ut, som att det vore helt tomt på liv.

– Det är fantastiskt att veta att det innehåller alla dessa mikroorganismer, säger Emma Bell.

Eva mäter salthalt och temperatur och Emma antecknar: 6,5 promille; 8,5 grader Celsius.

Olika stabila

Tillbaka på Askö är det dags för filtrering – den mest tidsödande delen av provtagningen. Fyra slangar pumpar simultant vatten ur behållarna till varsitt filter. Inom omiken kan man studera både gener, RNA (”budbärar”-molekylerna mellan generna och cellernas proteinfabriker), proteiner och metaboliter (ämnen som bildas eller omvandlas i organismernas ämnesomsättning).

RNA bryts ner snabbt, och därför är det bråttom att få RNA-proverna filtrerade och nedfrysta. Inom en timme efter att vattnet hämtades upp ur havet är de första filtren klara. Emma sprutar snabbt och vant in en stabiliseringslösning i filtren, som sedan förseglas med parafilm och läggs i frysen. Sedan fortsätter hon med proverna för DNA, som är mer stabila och därmed inte lika tidskänsliga.

Så småningom kommer även prover som ska analyseras för proteiner att samlas in. För det krävs en frys med flytande kväve, som gör att prover kan förvaras vid minus 80 grader.

När ett tjugotal prover är klara, är det dags att transportera dem till SciLifeLab i Solna för analys av innehållet.

– Jag är ivrig att få ut alla data och se vad som finns i proverna! säger Emma.

– Allt jag jobbar med är alltid genomskinligt: klart vatten, klart DNA. Man kan inte se någonting. Men sen får man ut riktigt häftiga data, som kan avslöja jättemycket!

Ny lång serie

Utforskandet av ekosystemets allra minsta invånare är härmed påbörjat i havet utanför Askö, vid en plats som har en av världens längsta serier av havsmiljödata.

– Det är roligt att vi nu startar en ny lång serie med prover, säger Eva Lindell. Och att vi gör den första filtreringen, som behöver göras medan proverna är färska, här på plats.

När proverna så småningom analyseras kommer forskarna få ut enorma mängder data. Då vidtar det svåra arbetet med att processa dem och göra dem meningsfulla. 

– Det vi vill se är hur de mikrobiella samhällena ser ut och hur de interagerar med varandra. Alla mikrober i vattnet är beroende av varandra. Var och en av dem producerar något – och konsumerar något. Det blir spännande att se vilka som är där, och hur de varierar med de geokemiska förhållandena i vattnet, så att vi kan börja klura på vad det är de gör, säger Emma Bell.

Ekosystem och klimat

På sikt kan proverna visa hur det mikrobiella ekosystemet förändras över tid, både mellan olika årstider och från år till år, som en konsekvens av till exempel näringstillgång, syreförhållanden och klimatförändringar.

– Det roliga med omik-analyser är att man alltid kan hitta något nytt intressant i de data man får fram. Teknologin utvecklas också snabbt och gör det hela tiden möjligt att undersöka nya saker.

SeaLab kommer också att ta prover vid den flytande plattform, som nyligen installerats vid Askölaboratoriet, och som observerar aerosoler, flyktiga organiska föreningar och växthusgaser, för att undersöka luft-hav-interaktioner och deras betydelse för klimatet. Även här spelar mikroberna en nyckelroll, och därför vill forskarna koppla mätningarna vid plattformen till undersökningar av mikrobsamhällena i vattnet.

Med SeaLab påbörjas en långsiktig och systematisk undersökning av de allra minsta invånarna i Östersjöns kustekosystem. Även om olika omiska metoder (som tillsammans kallas ”meta-omik”) har ökat vår kunskap om de marina mikroberna och deras roller i ekosystemet, har de också fått oss att förstå hur mycket som återstår att upptäcka.

Text: Michaela Lundell

SeaLab leds av Christoph Humborg vid Östersjöcentrum och Anders Andersson vid Miljögenomikgruppen vid SciLifeLab. Läs mer om projektet här.