Livet i jorden: Ett konstant krig om näring

Vanlig jord är full av liv. Mikroorganismer bryter ner dött material, fixerar näringsämnen från luften och lagrar kol. Trots det är kunskapen om mikroorganismernas gener begränsad. För första gången har forskare nu genomfört en global kartläggning av genomet hos jordlevande bakterier och svampar.

Resistens ett motmedel
Forskare vid Uppsala universitet, SLU, Tartu universitet och European Molecular Biology Laboratory (EMBL) i Heidelberg har tillsammans genomfört den första globala genomiska kartläggningen av bakterier och svampar i jord. Resultaten, som publiceras i tidskriften Nature, visar att bakterier och svampar kämpar konstant om tillgång till näring. Som vapen produceras en mängd olika antibiotiska ämnen samtidigt som resistenser utvecklas som motmedel.

Studien omfattar 58 000 prover från 1 450 olika platser på jordklotet som har noga valts ut för att minimera påverkan från människan som till exempel jordbruk. Vidare valdes 189 av provtagningsplatserna ut för särskilt noggrann analys, vilket täckte samtliga av jordens viktigaste miljözoner, från tundra till tropisk regnskog. Detta genererade 14,2 terabyte data. Totalt sett tog studien fem år att utföra.

Färre bakterier med fler svampar
Forskarna upptäckte att bara hälften av de gener som hittades överlappade med befintlig data från mikroorganismer i magen och i haven. De fann också att variationen av bakterier var lägre där det fanns fler svampar.

– Vi hittade också en stark koppling mellan antalet gener som kodar för antibiotikaresistens och mängden svamp, speciellt svamp som kan producera antibiotika. Släktet Penicillum är exempel på antibiotikaproducerande svampar. Detta tyder på att antibiotika är ett vapen som svampar använder för att konkurrera och bara bakterier som utvecklat resistens klarar sig, säger Mohammad Bahram, forskare vid Uppsala universitet och biträdande lektor vid SLU och försteförfattare av studien.

Kampen mellan svampar och bakterier påverkar mångfalden hos olika bakteriekulturer och styr den genetiska uppkomsten av resistens mot antibiotika.

Kan ge svar om resistenta bakterier
– Den här informationen kan användas för att förutse hur resistens mot antibiotika sprids i olika ekosystem och hur bakterier som orsakar sjukdomar hos människor kan bli resistenta. Vidare kan de också bidra till att hitta platser där den naturliga förekomsten av resistens är stor, säger Mohammad Bahram.

Forskarna upptäckte också regionala skillnader i mängden svampar och bakterier. Bakterier finns överallt och den största mångfalden hittades i tempererade zoner med stabilt klimat. Miljöfaktorer som temperatur påverkar mest, bakterier föredrar varma och fuktiga platser. Svampar är mer förekommande på kalla och torra platser som tundra. De är inte lika utspridda och det finns stora skillnader mellan kontinenter. Det tyder på att bakteriers och svampars bidrag till näringsämnens kretslopp skiljer sig på olika platser i världen och att klimatförändringarna kan påverka deras sammansättning och funktion på olika sätt.

– De klimatmodeller vi har för Sverige, till exempel de som tagits fram av SMHI, visar att både temperatur och nederbörd kommer att öka i framtiden. Därför är det viktigt att ta reda på hur ett varmare och fuktigare klimat kommer att påverka svampar och bakterier i jorden, säger Jennifer Anderson, forskare vid avdelningen för systematisk biologi vid Uppsala universitet och medförfattare till studien.

Människan påverkar mikroorganismerna i jorden
När forskarna jämförde data från platser utan mänsklig påverkan med data från platser med mänsklig påverkan, till exempel jordbruksmark och trädgårdar, var förhållandet mellan bakterier, svampar och antibiotika ett annat. Forskarna menar att den här förändringen i balansen visar att människor påverkar mikroorganismerna i jorden. Konsekvenserna av detta är ännu okända. Däremot kan en ökad kunskap om hur svampar och bakterier interagerar med varandra i jorden hjälpa till att minska användandet av gödsel inom jordbruket, då man kan ge mikroorganismer en bättre chans till överlevnad i sin naturliga livsmiljö.

– Vissa av de här globala trenderna visade sig även lokalt, så det skulle vara intressant att se om jordbruk har förändrat balansen mellan svamp och bakterier i nordliga länder som Sverige, där det finns betydligt fler svampar än bakterier i naturen, säger Mohammad Bahram.

Artikeln:
Bahram, M., et al. Structure and function of the global topsoil microbiome.

Kontakt:
Mohammad Bahram, doktor i systematisk biologi, Uppsala universitet, Mohammad.Bahram@ebc.uu.se, +3725160487

Martin Ryberg, martin.ryberg@ebc.uu.se,  018-471 26 47, 070-64 967 21