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

Oppdagelsen av varme kilder på havbunnen 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 der varmestabile enzymer ofte er 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. Så langt har prosjektet blant annet ledet og publisert en prisbelønt artikkel om anaerobe metan-oksiderende arker (ANME) fra varme kilder i dyphavet langs den Arktiske midthavsryggen. Disse prokaryote mikroorganismene er sentrale i omsetningen av den potente drivhusgassen metan. Prosjektet har også hatt gleden av å samarbeide med andre forskningsmiljøer som det tverrfaglige UIT-ledede AKMA-prosjektet i undersøkelsen av et naturlig forekommende oljeutslipp vest av Svalbard. En viktig milepæl i prosjektet er identifikasjonen av mulig nye antimikrobielle peptider fra mikrobiomer i dyphavet. Antimikrobiell resistens (AMR) er allerede et kritisk globalt helseproblem, og oppdagelsen av slike peptider er det første trinnet i en potensiell utnyttelse for nye behandlinger utover tradisjonelle antibiotika. 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.