DeepSeaQuence – Uncovering the metabolic secrets and capacity of Arctic deep-sea hydrothermal vent microbiomes

Oppdagelsen av varme kilder på havbunnen i vulkanske områder representerer et av de mest grunnleggende vitenskapelige gjennombruddene i det 20. århundre. Før den tid var det utenkelig at dyphavet kunne opprettholde et mangfold av liv som baserer seg på kjemisk energi fra jordens indre. Nå er det velkjent at livet i og rundt varme kilder på havbunnen drives av kjemosyntese. Varmestabile enzymer fra mikrobene som lever her er ofte brukt i diagnostisk testing samt lovende for bruk i industrielle og bioteknologiske applikasjoner. Prosjektet gir viktig grunnleggende økosystemkunnskap om et habitat, som er et viktig norsk reservoar av mineralressurser og som et sted hvor bioprospekteringsaktiviteter kan føre til oppdagelsen av nye biomolekyler av enorm økonomisk verdi. Å avdekke spekteret av biologisk mangfold, oppdage nye mikrobiologiske prosesser rundt dypvanns hydrotermiske systemer er et viktig første skritt i overføringen til menneskelige utnyttelse. Prosjektet har så langt vært involvert i å undersøke naturlig forekommende marine lokaliteter av metan og olje. I en prisbelønt artikkel fra 2022 i FEMS-tidsskriftet (https://doi.org/10.1093/femsec/fiac117), ble de anaerobe metan-oksiderende arkene (ANME) undersøkt fra dyphavshydrotermiske langs den Arktiske midthavsryggen. I samarbeid med det UIT-koordinerte AKMA-prosjektet, var DeepSeaQuence involvert i den tverrfaglige undersøkelsen av et naturlig forekommende oljeutslipp vest av Svalbard publisert i 2023 (https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167788). Dessuten har potensialet for utvidet metabolsk kapasitet også blitt tildelt andre arker. I en vitenskapelig artikkel fra 2023 av Vulcano et al. (https://doi.org/10.1111/1758-2229.13168) viser vi til potensialet for homoacetogenese via Wood-Ljungdahl-veien i Korarchaeia-linjene fra Arktiske marine hydrotermiske ventiler. Gjennom disse studiene har vi ved å rekonstruere genom fra komplekse metagenom vært i stand til å undersøke funksjonen til individuelle mikrober og deres interaksjoner innenfor et komplekst samfunn, samt muliggjøre sammenlignende analyse av mikrobiomer i en finere skala for å belyse hvordan mikrobielle samfunn og funksjoner påvirkes av miljømessige omgivelser. Totalt sett vil kunnskapsbasen som tilbys av DeepSeaQuence påvirke vår forståelse av distribusjonen, mangfoldet, det metabolske repertoaret og interaksjoner av den enorme mikrobielle biodiversiteten i dyphavshydrotermiske systemer.

The impact of biodiscoveries from deep sea hydrothermal vents are undisputed. Enzymes from deep-sea hydrothermal vents are commonly used in diagnostic testing of infections, such as Covid-19. However, discovery of new microbial lineages and identifying microbial processes surrounding deep sea hydrothermal systems is an essential first step in the transfer to human applications. Estimates based on DNA surveys suggest that uncultivated microorganisms make up as much as 81% of all microbial cells on Earth, inferring some kind of function which we have just started to understand based on their genetic potential. Intriguingly, uncultured microorganisms are numerically dominant in all major environments on Earth including the fascinating and inaccessible deep-sea hydrothermal systems. DeepSeaQuence aims at revealing the genetic and functional diversity of the vast unknown microbial diversity in deep-sea hydrothermal vents by studying vent fields along the Arctic Mid-Ocean ridge. DeepSeaQuence thus focuses on one of the least explored marine realms. DeepSeaQuence aims to provide important base-line ecosystem knowledge of a habitat, that is an important Norwegian reservoir of mineral resources and as a site where bioprospecting activities may lead to the discovery of new biomolecules of immense economical value. DeepSeaQuence will go beyond the exploratory and seek out added values and possibilities to address central global challenges within focus on natural resources and the marine environment. DeepSeaQuence is interdisciplinary, spanning microbial ecology, geobiochemistry, microbial interactions, bioinformatics, supported by advanced Norwegian marine technology. Altogether, the knowledgebase provided by DeepSeaQuence will impact our understanding of the distribution, diversity, metabolic repertoire, and interactions of the vastly uncultivated, and thus far largely unknown, microbial biosphere in deep-sea hydrothermal systems.