박테리아 생물지표를 통해 대륙 다뉴브 강을 따라 생물학적 상태 분류가 가능합니다.

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 862(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

수생 생태계에서 박테리아의 중요성과 공간과 시간에 따른 예측 가능한 다양성 패턴에도 불구하고 이러한 유기체에 의존하는 상태 평가를 위한 생물 모니터링 도구는 널리 부족합니다. 이는 부분적으로 신뢰할 수 있는 미생물 예측변수를 식별하기에는 데이터와 모델이 부족하기 때문입니다. 여기에서는 다변량 통계와 기계 학습을 결합하여 메타바코딩을 통해 기존 생물학적 상태 분류 시스템에 대한 박테리아 생물 지표를 식별할 수 있음을 보여줍니다. 박테리아 베타 다양성 역학은 환경 구배를 따르며 관찰된 연관성은 생태학적 결과에 대한 잠재적인 생물지표를 강조합니다. 강을 따라 있는 미생물 군집에 걸친 시공간적 연결을 통해 상류 정보로부터 하류 생물학적 상태를 정확하게 예측할 수 있습니다. 앰플리콘 서열 변형체에 대한 네트워크 분석은 Fluviicola, Acinetobacter, Flavobacterium 및 Rhodoluna 속을 좋은 지표로 식별하고 분류학적 관련성과 일치하는 분류군 간의 정보 중복성을 나타냅니다. 박테리아 생물지표 간의 중복성은 상호 배타적인 분류군을 드러내며, 이는 2-3개의 앰플리콘 서열 변형을 사용하여 정확한 생물학적 상태 모델링을 가능하게 합니다. 따라서 우리 모델은 전 세계적으로 분포된 속의 몇 가지 박테리아 앰플리콘 서열 변이체를 사용하면 하천 시스템을 따라 생물학적 상태 평가가 가능하다는 것을 보여줍니다.

최근 수십 년 동안 멸종 위기에 처한 강 생태계의 보존과 복원은 전 세계적으로 중추적인 역할을 해왔습니다. 유럽에서는 생태학적 상태에 대한 평가가 물리적, 화학적, 생물학적 매개변수를 포함한 여러 지표에 의존합니다. 생물학적 지표는 어류, 대형 무척추 동물, 식물성 플랑크톤, 식물성 저서생물, 거대 식물을 포함한 수생 식물 등 담수 생태계에 사는 공동체의 다양한 구성 요소를 포괄합니다. 목욕이나 식수4,5,6,7와 같은 건강 관련 수질 평가를 제외하고는 원핵생물1,2,3에 대해서는 지금까지 거의 관심을 기울이지 않았습니다.

원핵생물은 작은 크기와 높은 표면적 대 부피 비율로 인해 매우 낮은 농도에서도 영양분이나 오염물질의 변화를 포함한 환경 변화에 매우 민감합니다8. 이러한 능력을 통해 생물지표 및 조기 경보 파수꾼으로서 환경의 모든 스트레스 징후에 신속하게 대응할 수 있는 완벽한 후보가 됩니다9. 원핵생물을 기반으로 한 생물학적 지표의 필요성은 여러 저자에 의해 여러 번 강조되어 왔으며 담수 및 해양 환경에 대한 현재 생물 모니터링 네트워크에 이러한 공동체를 도입하기 위한 여러 접근법이 제안되었습니다.

생물학적 상태 특성화를 위한 생물지표로 적합한 박테리아 분류군을 식별하려는 첫 번째 시도는 Fortunato et al.11에 의해 Columbia 강과 그 하구에서 수행되었습니다. 그들은 다양한 계절과 서식지 유형에 특정한 박테리오플랑크톤 군집의 여러 분류군을 식별할 수 있었습니다. Aylagas et al.12는 한 단계 더 나아가 16S rRNA 앰플리콘 염기서열 분석에서 박테리아 분류군을 사용하여 비교 가능한 지수를 개발하기 위한 방법론적 기초로 저서 거대 무척추 동물을 기반으로 한 생물학적 상태 지수를 사용했습니다. 박테리아 분류군은 유기 및 무기 오염 입력과의 긍정적 또는 부정적 연관성에 따라 두 개의 생태학적 그룹으로 나누어졌습니다. 그들이 개발한 microgAMBI 지수는 두 생태 그룹 각각과 관련된 분류군의 상대적 풍부함을 기반으로 합니다. 또한, 본 연구에서는 새로 개발된 세균 지수와 거대 무척추 동물을 기반으로 한 전통적인 분류 방법 사이에 유의미한 상관관계가 있음을 밝혀 일부 경우에는 전자가 더 나은 성능을 보이는 것으로 나타났습니다. 이는 박테리아와 생태학적 상태가 연결될 수 있으며 박테리아 기반 지수가 해안 지역의 환경 영향 평가 및 수질 분류에 유효한 프록시가 될 수 있음을 강조했습니다.