Bild: Erik Björn
Forskningsprojekt finansieras av Vetenskapsrådet.
Syftet med forskningsprojektet är att formulera mekanistiska principer för bildning av metylkvicksilver i mikrobiella biofilmer för att förbättra möjligheterna att förstå och förutsäga denna kritiska process i miljön.
Vi kommer att (1) identifiera hur den kemiska sammansättningen av den ”film” som omger biofilmer styr cellulärt upptag av kvicksilver, (2) klargöra om hastigheten för metylkvicksilverbildning begränsas av cellulärt upptag, uttryck av specifika gener som leder till kvicksilvermetylering eller biofilmcellers metaboliska status, samt (3) identifiera metaboliska vägar som leder till kvicksilvermetylering i biofilmer. Genom att studera biofilmer kommer det mekanistiska ramverket att vara mer relevant för naturliga förhållanden och innebära ett viktigt steg mot att kunna förutsäga metylkvicksilverbildning i miljön. Ramverket kommer också att ge en ny grund för att utveckla mekanistiska modeller för både vetenskaplig och samhällelig användning för att motverka de negativa miljö- och hälsoeffekterna av metylkvicksilver.
Spridning av kvicksilver i akvatiska och terrestra ekosystem utgör betydande hot mot djurliv, människors hälsa och socioekonomi. Kvicksilver klassas av WHO som en av tio kemikalier som utgör störst hot mot global folkhälsa. I Sverige överskrids gränsvärdet för kvicksilver i fisk i tusentals sjöar och kvicksilver är den främsta orsaken till rekommendationer om begränsning av fiskkonsumption från bland annat svenska och amerikanska naturvårds- och livsmedelsverken. Dessa stora problem med kvicksilver uppstår främst som en följd av bildning av metylkvicksilver, en starkt neurotoxisk form av kvicksilver som anrikas i akvatiska näringsvävar och i vissa växter. Metylkvicksilver bildas intracellulärt i specifika typer av anaeroba bakterier genom metylering av oorganiskt kvicksilver. Trots omfattande grundforskning har försöken att generera prediktiva modeller för bildning av metylkvicksilver i miljön inte varit framgångsrika. Denna oförmåga begränsar vår grundläggande förståelse av kvicksilvers biogeokemiska kretslopp och förmåga att förutsäga hur djur och människor exponeras för metylkvicksilver. Detta försvårar tillförlitliga riskbedömningar och vetenskapligt baserade åtgärder för att motverka höga kvicksilverhalter.
Mekanistiska studier av metylkvicksilverbildning har nästan uteslutande gjorts på frilevande (så kallade planktoniska) bakterier medan bakterier i miljön övervägande förekommer som aggregerade samhällen, så kallade biofilmer. Laboratorieexperiment har visat tio gånger högre bildningshastighet av methylkvicksilver i biofilmer jämfört med planktoniska celler men orsaken är oklar och det saknas mekanistiska studier av biofilmsystem. Denna avsaknad utgör en ”blind fläck” i vår förståelse av metylkvicksilverbildning i miljön.
Det övergripande syftet med forskningsprojektet är att formulera mekanistiska principer för bildning av metylkvicksilver i mikrobiella biofilmer för att förbättra möjligheterna att förstå och förutsäga denna kritiska process i miljön. Vi kommer att (1) identifiera hur den kemiska sammansättningen av den ”film” som omger biofilmer styr cellulärt upptag av kvicksilver, (2) klargöra om hastigheten för metylkvicksilverbildning begränsas av cellulärt upptag, uttryck av specifika gener som leder till kvicksilvermetylering eller biofilmcellers metaboliska status, samt (3) identifiera metaboliska vägar som leder till kvicksilvermetylering i biofilmer.
Vårt forskarlag utgör en unik kombination av expertis och metoder för mekanistiska studier av mikrobiell metylkvicksilverbildning och molekylära studier av biofilmer. Vi kommer att angripa de utmanande målsättningarna i projektet genom en kombination av nya metoder och experimentella strategier, baserade på avancerade spektroskopiska tekniker. Genom att studera biofilmer kommer det mekanistiska ramverket att vara mer relevant för naturliga förhållanden och innebära ett stort steg mot det hittills ouppnåbara målet att förutsäga metylkvicksilverbildning i miljön. Vår förhoppning är att det mekanisktiska ramverket ytterst ska ge en förbättrad grund för utvecklingen av mekanistiska modeller för både vetenskaplig och samhällelig användning för att motverka mtylkvicksilvers negativa miljö- och hälsoeffekter.
