Verarbeitung organischer Substanz durch mikrobielle Gemeinschaften in der gesamten atlantischen Wassersäule, wie durch Metaproteomik offenbart

Die phylogenetische Zusammensetzung der heterotrophen mikrobiellen Gemeinschaft ist in der ozeanischen Wassersäule bis in die abyssopelagischen Schichten nach Tiefe geschichtet. In den Schichten unterhalb der euphotischen Zone wurde vorgeschlagen, dass heterotrophe Mikroben weitgehend auf gelöste partikuläre organische Substanz als Kohlenstoff- und Energiequelle angewiesen sind, anstatt auf gelöste organische Substanz. Um zu entschlüsseln, ob Veränderungen in der phylogenetischen Zusammensetzung mit der Tiefe in Veränderungen der bakteriellen und archaealen Transportproteine widergespiegelt werden, erzeugten wir einen umfangreichen metaproteomischen und metagenomischen Datensatz von mikrobiellen Gemeinschaften, die aus Tiefen von 100 bis 5.000 m im Atlantischen Ozean gesammelt wurden. Durch die Identifizierung, welche Verbindungen des organischen Substanzpools absorbiert, transportiert und in mikrobielle Zellen integriert werden, entstanden faszinierende Einblicke in die Umwandlung organischer Substanz im tiefen Ozean. Im Durchschnitt machten Soluttransportproteine 23 % der identifizierten Proteinsequenzen in der unteren euphotischen Schicht und etwa 39 % in der bathypelagischen Schicht aus, was die zentrale Rolle der Heterotrophie im dunklen Ozean anzeigt. In der bathypelagischen Schicht deuten die Substrataffinitäten der exprimierten Transporter darauf hin, dass neben Aminosäuren, Peptiden und Kohlenhydraten auch Carbonsäuren und kompatible Solute wesentliche Substrate für die mikrobielle Gemeinschaft sein könnten. Die Hauptakteure mit der höchsten Expression von Soluttransportern waren Alphaproteobacterien, Gammaproteobacterien und Deltaproteobacterien, die jeweils 40 %, 11 % und 10 % der relativen Proteinabundanzen ausmachten. Die in situ-Expression von Soluttransportern zeigt, dass die heterotrophe prokaryotische Gemeinschaft auf die Nutzung ähnlicher organischer Verbindungen in der gesamten Wassersäule ausgerichtet ist, mit noch höheren Abundanzen von Transportern, die in der bathypelagischen Region auf aromatische Verbindungen abzielen.