Alpesi jégbarlangokban élő baktériumok titkát keresik magyar kutatók

A mérsékelt égövi barlangokban élő prokariótákról (azaz a sejtmag nélküli egysejtűekről) és a biogeokémiai ciklusokban (ezek a Föld elemkörforgalmi ciklusai, amelyekben az egyes tápelemek regenerációja valósul meg) betöltött szerepükről számos tanulmány beszámolt már, azonban a magashegységi jégbarlangok baktériumközösségeiről csak korlátozott ismeretekkel rendelkezünk. Ezek az élőhelyek extrém környezeti kihívást jelentenek a baktériumok számára a tartósan hideg hőmérséklet, a kalcium- és helyenként a magnézium magas koncentrációja, valamint az alacsony szervesanyag-tartalom és a barlangfalakat érő kiszáradási stressz miatt.

Ezeknek a hideghez alkalmazkodott baktériumközösségeknek a tanulmányozásával betekintést nyerhetünk a zord környezeti feltételekhez való alkalmazkodáshoz szükséges stratégiákba, illetve olyan biokémiai folyamatokat, enzimreakciókat ismerhetünk meg, amelyek alkalmazásával elősegíthető egyebek mellett a szénhidrogének lebontása. Ezek pedig akár új biotechnológiai alkalmazásokhoz is vezethetnek, vélik magyar kutatók.

A NANOCAVE kutatócsoport – amelyben a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Földtani és Geokémiai Intézetének és az Innsbrucki Egyetemnek a kutatói vesznek részt az ELTE, a Soproni Egyetem és a Pannon Egyetem kutatóival együttműködve – az alpesi Obstans-jégbarlang (Karni-Alpok, Ausztria) baktérium- és archaeaközösségeit (más néven az ősbaktériumokat) vizsgálta újgenerációs amplikon szekvenálással, valamint a baktériumtörzsek 10°C-on történő tenyésztésével és anyagcseréjük tanulmányozásával.

Magyar és osztrák kutatók megállapították, a szélsőséges környezethez nagy számú 20 és 40°C közötti optimális hőmérséklethez adaptálódott, de 0°C-on is növekedésre képes (ún. pszichrotoleráns) egysejtű, valamint a 15°C-os optimális hőmérséklethez szokott (ún. pszichrofil) egysejtűek és kemoorganotróf, azaz a redukált szerves vegyületek oxidációjából energiát nyerő baktériumtörzsek alkalmazkodtak.

A jégbarlangból származó mikrobák tenyésztéses kísérleteinek eredményeként néhány hét alatt közel 0,2 milliméteres méretű kalcium- és magnéziumtartalmú karbonátok képződtek 10°C-on. Az új eredmények arra utalnak, hogy az extrém alacsony hőmérsékletű, felszín alatti környezetben észlelt változatos összetételű prokarióta közösségek aktívan hozzájárulnak a karbonátkiváláshoz, annak ellenére, hogy a folyékony víz jelenlétének fizikai határán élnek.

A sikeres együttműködést folytatva a kutatók szeptember végén az osztrák Alpokban, 2500 méteres tengerszint feletti magasságban lévő felhagyott tárnából gyűjtöttek mintákat bakteriológiai vizsgálathoz. A hely egyik különlegessége, hogy a tárnát olyan vas-oxihidroxid képződmények (szalma- és állócseppkövek) borítják, amelyek egy alig 2°C fokos oldatból váltak ki. Ilyen barlangi képződményekkel főleg felhagyott ércbányák táróiban találkozhatunk, azonban ennyire alacsony hőmérsékletű környezetből még nem vizsgálták az előfordulásukat. Különösen izgalmas kérdés, hogy vajon a kriogén hőmérséklethez alkalmazkodott mikrobák részt vesznek-e ezen képződmények kialakításában. 

A kutatást a hazai NKFI ANN141894, az RRF-2.3.1-21-2022-00014 és az SSN-139585, az ELKH SA-41/2021 és az osztrák FWF FI5050 kódszámú pályázatok támogatják. A magyar és osztrák kutatók közös tanulmánya a rangos Scientific Reports folyóiratban jelent meg.