Mikrobiell mångfald utgör den största delen av Jordens biodiversitet och flera av de processer mikroorganismer utför har avgörande betydelse för omsättning av näring, nedbrytning av olika ämnen och det globala klimatet. Kunskap om mikroberna i miljön hjälper människan att utveckla ekosystemtjänster och hitta strategier för att ta vara på våra areella naturresurser på ett långsiktigt hållbart sätt.
UMC:s koordinator Janet Jansson i samspråk med en av kursdelatagare på ett internationellt seminarium.
Foto: Åsa Sjögren
En drivande faktor för ökad förståelse har varit den tekniska revolution som miljömikrobiologin genomgått den senaste 10-årsperioden, där ny metodik för att identifiera och räkna mikroorganismer i miljön inneburit att en helt ny värld öppnat sig. Bland annat har nya organismgrupper med tidigare okända egenskaper påvisats i snabb takt. Vi är dock ännu bara i början av att förstå hur mikrobiella samhällen kan kopplas till olika funktioner i ekosystemen och nya, tvärvetenskapliga, angreppssätt är ett viktigt led i att föra forskningen i miljömikrobiologi framåt.
Stark forskningsmiljö
Ett antal forskargrupper vid Sveriges Lantbruksuniversitet (SLU) i Ultuna och Uppsala Universitet (UU) såg behovet att utveckla metodik och teorier för att kunna förstå dynamiken, sammansättningen och funktionen av mikrobiella samhällen i mark och vatten. Nätverkets idéer fann stöd hos Formas, och Uppsala Microbiomics Center beviljades 2005 stöd till en så kallad "stark forskningmiljö".
UMC koordineras av professor Janet Jansson vid Mikrobiologiska institutionen vid SLU, numera vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Kalifornien, och sedan i år av ställföreträdande koordinator Sara Hallin vid SLU.
UMC:s styrka är att nätverket förenar forskargrupper som arbetar med mikroorganismer från livets alla tre domäner, det vill säga bakterier, arkéer och eukaryoter, både i terrestra och akvatiska miljöer, med grupper specialiserade på proteinkemi och mikromekanik (se faktaruta). UMC:s mål är att utveckla och applicera ny metodik för att analysera och karaktärisera hela mikrobsamhällen och individuella arter för att förstå deras ekologi och betydelse för jordbruk, skogsbruk och miljö.
Kolets och kvävets omsättning
Teknikutvecklingen drivs på flera fronter. Forskarna satsar främst på att ta fram avancerade biomarkörer för att studera aktiva proteiner i miljön, liksom nya verktyg i mikroskala för till exempel cellsortering direkt i fält. Det senare baseras på mikrofluidal teknik och kan komma till användning när man vill kunna avskilja enskilda celler eller specifika organismer ur ett komplext system. Försök har även gjorts för att snabbt kunna diagnosticera sammansättningen av bakterier i komplexa prover med chip-baserade metoder.
Doktorand Gabriella Wessén och Sara Hallin (artikelförfattare) analyserar lustgas från markprover.
Foto: Karin Enwall
De nya teknikerna integreras nu i den mikrobiologiska forskningen, där forskarna fokuserar på ett antal centrala frågor inom kolets och kvävets kretslopp, med syfte att kunna beskriva vilka mikrober som finns därute och vem som gör vad.
Kitinets nedbrytning
Grupperna arbetar i ett gemensamt projekt där mikrobiologin bakom nedbrytning av kitin studeras. Kitin är den näst vanligaste biopolymeren i biosfären och en viktig kol- och kvävekälla i naturen. Nedbrytningen har därmed betydelse bland annat för barrträdens tillväxt i kvävefattig skogsmark. Kitinaser, som är den aktiva komponenten i nedbrytningen, finns i ett stort antal varianter och det är oklart vilka av dessa som är aktiva i olika ekosystem och hur de kan kopplas till specifika mikroorganismgrupper. Forskarna har nyligen avslutat arbetet med att kartlägga släktskapet mellan olika kitinaser och utveckla biomarkörer för att studera dem i miljön. Just nu pågår planeringen inför en större studie av kitinaser i olika ekosystem.
Rolf Bernander (artikelförfattare) i färd med att PCR-amplifiera mikrobiella markörgener från jordprover, tillsammans med doktorand Erik Karlsson.
Foto: Ola Lundström.
Klimatet påverkas
Andra områden som forskargrupperna intresserar sig för är mikroorganismernas betydelse för inflödet av koldioxid i kolfattiga miljöer, och nya organismer och enzym inblandade i kväveomsättning mellan ekosystem och atmosfären. Forskning på kolinlagring och kväveomsättning hjälper oss att svara på spännande, grundläggande ekologiska frågor och kan också ge ny information som har avgörande betydelse för det globala klimatet. Intensiv forskning pågår för att undersöka arkéernas roll i mark och vatten för dessa processer. Man har tidigare trott att arkéer främst finns i extrema miljöer, som heta källor eller salthav, men forskning visar att de med stor sannolikhet är viktiga i både kolets och kvävets kretslopp i helt vanliga ekosystem.
Nationellt kompetenscentrum
Efter tillkomsten har UMC attraherat ytterligare anslag och resurser, och lockat till sig gästforskare och postdocs från olika delar av världen. Internationella kurser på både grundläggande och avancerad nivå anordnas regelbundet, liksom forskarmöten och seminarier.
Flera UMC-medlemmar deltog som lärare på en internationell doktorandkurs arrangerad vid institutionen för Mikrobiologi, SLU 2006
UMC bygger nu upp ett nationellt resurs- och kompetenscenter för ett brett spektrum av frågor rörande miljömikrobiologi och mikrobiell ekologi, för att därigenom öka beredskapen och möjligheterna inför framtidens klimat-, energi-, jordbruks- och miljöfrågor. Centret utvecklas kontinuerligt i takt med att ny metodik och kunskap blir tillgänglig, och de ingående forskargrupperna välkomnar såväl forskare som allmänhet att kontakta nätverket för samarbetsmöjligheter eller för att ställa frågor inom detta spännande och snabbt expanderande fält.