Potenciali interakcij med algami in bakterijami.

UVOD

Alge so fototrofni evkarionti, ki se večinoma nahajajo v vodnih ekosistemih. Rezultati ekoloških študij so pokazali, da posamezne skupine bakterij najdemo samo v bližini specifičnih vrst alg. Kolonije bakterij tvorijo nekakšen biofilm na površini alg, ki pa lahko vključuje tudi druge organizme. Take združbe alg in heterotrofov imenujemo fikosfera (angl. phycosphere), kjer alge predstavljajo vir energije za heterotrofe, ki jih naseljujejo. Dokazano pa je tudi, da fikosferske bakterije vplivajo na rast, morfogenezo in kolonizacijo alg. Interakcije med algami in bakterijami so tako ključnega pomena pri oblikovanju in ohranjanju vodnih ekosistemov. Poleg tega pa so njihove interakcije zanimive tudi iz biotehnološkega vidika. Uporabljali bi jih lahko za čiščenje odpadnih vod, proizvodnjo biogoriva in, kot se kaže v zadnjem času, za biogorivne celice.

VRSTE INTERAKCIJ MED ALGAMI IN BAKTERIJAMI

Interakcije med algami in bakterijami delimo v tri skupine: izmenjavo hranil, prenos signalov in prenos genov. Izmenjava hranil: Izmenjava hranil je najpogostejša oblika interakcij med algami in bakterijami. Alge del fotosintetsko proizvedenih snovi izločijo v obliki raztopljenega organskega ogljika (angl. dissolved organic carbon oz. DOC), le te pa v veliki meri asimilirajo in razgradijo heterotrofne bakterije. Sestava DOC določa tudi vrste bakterij, ki uspevajo na površini alg. Poleg tega odmrle in obolele alge predstavljajo dodaten vir energije za heterotrofe v njihovi bližini. Primerjava kolonizacije bakterij na zdravih in bolnih makroalgah je pokazala, da so zdrave alge sposobne nadzorovati kolonizacijo bakterij na njihovi površini medtem ko obolele alge te funkcije nimajo. Poseben primer interakcij je endosimbioza cianobakterij in evkarionstakih alg, ki je ključnega pomena pri fiksaciji dušika iz okolja v vodnih ekosistemih. Obstajajo celo dokazi, da določene bakterije posredujejo pri asimilaciji dušika v alge, ter tako pospešijo njihovo rast. Nekatere skupine alg izločajo prosojne ekskopolimerne delce (TEP, anlg. transparant exopolymer particles), ki določajo vrsto bakterij v fikosferi ter vplivajo na njihovo aktivnost. Prenos signalov: Obojestranski prenos signalov med algami in bakterijami poteka preko signalnih molekul, ki aktivirajo ali inhibirajo izražanje genov ter vplivajo na fiziološke procese kot sta rast in obnašanje. Alge nadzorujejo rast bakterij preko inhibitornih molekul, ki vplivajo na quorum sensing bakterij, zaradi česar niso sposobne tvorbe biofilma. Morske alge izločajo hlapne halogenirane spojine in maščobne kisline, ki delujejo baktericidno. Po drugi strani pa družine bakterij kot so Shewanella, Streptomyces in Bacillus, izločajo algicidne metabolite. Poleg tega so znani metaboliti bakterij, ki inducirajo morfogenezo alg. Prenos signalov med algami in bakterijami bi se lahko uporabljal za nadzorovanje in izboljševanje biotehnoloških procesov. Prenos genov: Študije posameznih fikosfer nakazujejo na horizontalni prenos genov med algami in bakterijami. Genom diatomej med drugim vsebuje zapis za encime ciklusa uree, ki so se nanje predvidoma prenesli iz bakterij, ter bistveno izboljšali algino sposobnost izrabe občasno razpoložljivega dušika iz okolja.

TEHNOLOŠKE APLIKACIJE

Združbe med algami in bakterijami lahko vključimo v postopke čiščenja odpadnih vod ter proizvodnje biogoriva. Pri proizvodnji biogoriva je uporaba bakterij omejena, saj razgrajujejo željene sintetizirane snovi kot so olja, vodik, idr., kar vodi v nižje izkoristke proizvodnje. Hkrati pa je znano, da nekatere bakterije povzročijo agregacijo celic alg, kar omogoča hitrejšo in učinkovitejšo proizvodnjo biogoriva. Alge se že uporablja pri čiščenju umazanih odpadnih vod, vendar se z odkrivanjem potencialov interakcij med algami in bakterijami ponujajo možnosti napredka že uveljavljenih procesov. Pri študiji čiščenja odpadnih vod z algo Chlorella vulgaris, se je izkazalo, da je dodatek bakterije Azospirillum brasilense bistveno izboljšal delovanje alg in pohitril celoten proces. Poleg tega so znane tudi bakterije, ki zavirajo rast alg in bi jih lahko uporabljali pri zaustavljanju neželjenega pojava cvetenja alg. Zadnji primer uporabe interakcij med algami in bakterijami so samo obnavljajoče biološki sistemi za pretvorbo svetlobe v elektriko (angl. self-sustained biological light/electricity-conversion systems) ali krajše MSC. V takem sistemu anodo predstavlja biofilm iz bakterij, ki proizvajajo električni tok ali svetlobo, in alg, ki zagotavljajo zadostno količino hranil. Daleč v prihodnosti bi lahko take biogorivne celice uporabljali kot vir električne energije.

ZAKLJUČEK

Zaenkrat je o interakcijah med algami in bakterijami znanega le malo, vendar dovolj da se kaže njihova potencialna uporaba v biotehnoloških procesih, kot so bioremediacija, proizvodnja biogoriva in biogorivne celice.