Doktorsvörn í matvælafræði - Aurélien Daussin

Miðvikudaginn 6. desember 2023 ver  Aurélien Daussin doktorsritgerð sína í matvælafræði við Matvæla- og næringarfræðideild Háskóla Íslands. Ritgerðin ber heitið AirMicrome – Örlög loftborinna örvera sem fyrstu landnemar í jarðneskum samfélögum. AirMicrome – The fate of depositing airborna microorganisms into pioneer terrestrial communities.

Andmælendur eru dr. David Pearce, prófessor við Northumbria University, Bretlandi, og dr. Catherine Larose, vísindamaður við UGA-IGE í Grenoble, Frakklandi. 

Umsjónarkennari og leiðbeinandi var Viggó Þór Marteinsson, prófessor. Að auki sátu Pauline Vannier, vísindamaður, Tina Santl-Temkiv, aðstoðarprófessor við Árósaháskóla, og Charles Cockell, prófessor við University of Edinburgh, í doktorsnefnd.

Ólöf Guðný Geirsdóttir, prófessor og deildarforseti Matvæla- og næringarfræðideildar, stjórnar athöfninni sem fer fram í Veröld, húsi Vigdísar (VHV-023), og hefst kl. 13.30.

Ágrip

Örverur á yfirborði jarðar geta borist út í andrúmsloftið með vindi og í tengslum við atburði eins og eldgos og rykstorma. Áður en þær nema nýtt yfirborð verða þær fyrir ýmsum streituvaldandi umhverfisþáttum sem kemur í veg fyrir landnám stórs hluta þeirra. Fjölbreytileiki og framvinda bakteríusamfélaga með lágan bakteríufjölda í mismunandi umhverfi hefur verið nokkuð vel rannsakað. Enn er þó lítið vitað um örverusamfélög í andrúmsloftinu, landnám þeirra á yfirborði og hvaða áhrif slíkt landnám hefur á örverusamfélög sem eru þar fyrir. Þessi rannsókn er sú fyrsta sem fjallar um dreifingu örvera í íslensku andrúmslofti og sérstaklega landnám þeirra í eldfjallaumhverfi. Skoðuð voru og borin saman loftborin örverusamfélög frá tveimur einstökum en ólíkum eldfjallasvæðum, bæði við sjávarmál og í mikilli hæð. Rannsóknirnar voru gerðar á friðlýstu eldfjallaeyjunni Surtsey og við hraunflæðið á Fimmvörðuhálsi, með því að greina á staðnum örverusamfélög andrúmsloftsins og landnám þeirra í hraungrjóti að einu ári liðnu. Einnig var rannsakað andrúmsloftið sem mikilvæg uppspretta við dreifingu örverusamfélaga í jarðvegi og með hvaða aðferðum örverur ná að standast erfið umhverfisskilyrði andrúmsloftsins. Aðferðir til að greina ræktanlegar og óræktanlegar örverur voru notaðar til að lýsa og bera saman örverusamfélögin. Fjölbreytileiki óræktaðra örvera var greindur með því að einangra DNA úr 179 sýnum og raðgreina 16S rRNA gen örveranna („amplicon“ raðgreining). Alls voru 1162 stofnar einangraðir sem tilheyrðu 40 ættkvíslum og 72 tegundum. Þar af voru 26 stofnar líklega nýjar tegundir. Einni nýrri Flavobacterium-tegund var lýst að fullu og var þolni valinna stofna gegn streituþáttum sem finnast í andrúmslofti könnuð. Uppruni og ferill stofnanna var ákvarðaður með sérstöku spálíkani „source-tracking analysis“. Niðurstöður sýna að örverusamfélögin á báðum sýnatökustöðunum samanstóðu af Proteobacteria, Actinobacteria og Bacteroides, en hlutfall fjölda þeirra stjórnaðist af umhverfisþáttum hvers svæðis fyrir sig. Samfélögin úr lofti og á láði voru mjög mismunandi sem endurspeglast með mismunandi umhverfisþáttum hvers umhverfis fyrir sig. Athyglisvert er að bakteríusamfélögin í hraungrjótinu á Fimmvörðuhálsi voru nær eins eftir eins árs landnám, samanborið við níu ára tímabil, sem bendir til þess að stöðugleika fyrstu landnema samfélagsins sé náð eftir eitt ár en að framvinda samfélagsins hægist eftir það. Í Surtsey eru yfir 80% bakteríusamfélaga sem finnast í hraungrjóti eftir eins árs tímabil upprunnar úr nærumhverfinu. Samfélögin sýndu þolni gegn streituvaldandi umhverfisþáttum í andrúmslofti sem hjálpaði þeim líklega við að lifa af loftdreifingu og auðveldaði þeim landnám í hraungrjótinu. Í samræmi við fyrri rannsóknir kom einnig í ljós að áhrifamestu valþættirnir voru frysting, þíðing og lotubundið gegndræpi frumanna ásamt því að Proteobacteria og Ascomycota virtust best fallin til að lifa af slíka streituþætti í andrúmsloftinu. Niðurstöður benda til þess að streituþolnar örverur úr andrúmslofti séu uppspretta örvera sem fyrstu landnema í nálægu, nýmynduðu umhverfi með því að mynda einstök og fjölbreytt örverusamfélög á stuttum tíma eða á innan við einu ári. Þessar niðurstöður veita mikilvæga innsýn í fyrstu stig landnáms örvera og sýna mikilvægi rannsókna á loftbornum örverum til að efla skilning okkar á vistkerfum eldfjalla við Norðurheimskaut.

Abstract

Surface microorganisms can be aerosolized into the atmosphere by wind and events such as volcano eruptions and dust storms. Before depositing, they experience stressful atmospheric conditions which preclude the successful dispersal of a large fraction of cells. While bacterial diversity and succession on different low-bacterial environments are reasonably well characterized, research on airborne atmospheric communities and the significance of their deposition for community assembly remains poorly understood. This study is the first to address microbial distribution in the Icelandic atmosphere and particularly in their colonisation in volcanic environments. We assessed and compared the bioaerosols communities from two dissimilar unique volcanic sites located at sea level and at high altitude, the protected volcanic island Surtsey and Fimmvörðuháls lava field, by analyzing in situ atmospheric microbial communities and communities in lava rocks after one year of exposure time. Additionally, we investigated the air as a significant source for the dissemination of the microbial communities into soil and their potential strategies to withstand atmospheric stresses. Culture-dependent and culture-independent methods was employed to describe and compare these microbiomes. The uncultivated diversity was analysed by DNA extraction from 179 samples and 16S rRNA amplicon sequencing. A total of 1162 strains were isolated and affiliated to 40 genera and 72 species, with potentially 26 new species. A new Flavobacterium species was fully described and the survival of selected strains against simulated air stress factors was investigated. The origin and dispersion of the isolates was predicted using a detailed source-tracking analysis program.

Our findings reveal that the microbial communities in both sampling sites are dominated by Proteobacteria, Actinobacteria, and Bacteroides, but their proportions were influenced by the unique characteristics of each site. The atmospheric and lithospheric communities showed significant differences, reflecting different environmental pressures from each site. Interestingly, the bacterial communities in the lava rocks of Fimmvörðuháls were similar after one year compared to nine years of exposure, suggesting rapid microbial colonisation and slow succession of the community. On Surtsey, over 80% of the bacterial communities that colonized the lava rocks after one year exposure, originated from local surroundings. These communities displayed stress-resistant properties that likely helped their survival during air dissemination from close environments and facilitated their colonization into the lava. Furthermore, in line with previous studies, we observed that the most stringent selection factors were the freeze–thaw and osmotic shock cycles and that the strains affiliated with Proteobacteria and Ascomycota were the best to survive simulated atmospheric stresses. Our results suggests that atmospheric stress-resistant microbes that deposit from local sources in newly formed environments, form unique and diverse communities in a rather short time or less than one year. These findings provide important insights into the early stages of land colonization of microbes and puts emphasize of the important role of bioaerosol research in enhancing our understanding of subarctic volcanic ecosystems.

Um doktorsefnið

Aurélien Daussin er fæddur árið 1994 í Orléans í Frakklandi. Hann lauk BSc-gráðu árið 2015 frá Líftækni háskólanum í Bordeaux og MS-gráðu frá sama skóla árið 2017. Aurélien var í starfsnámi hjá Matís ohf. áður en hann hóf doktorsnám við Háskóla Íslands í lok árs 2019. Sambýliskona Auréliens er Laurie Tisnerat.