Toen in 2022 een hittegolf de Rode Zee bereikte, reageerde een stukje koraal op een rif 15 kilometer (9,3 mijl) voor de kust van Saoedi-Arabië anders dan andere koralen. Ze waren behandeld met probiotica, nuttige bacteriën geïsoleerd uit gezonde koralen, en die behandelingen voorkwamen dat de koralen verbleekten, melden wetenschappers nu.
Koralen bieden leefgebied aan ongeveer een derde van de mariene soorten, maar nemen in een ongekend tempo af, volgens het laatste rapport van het Global Coral Reef Monitoring Network. Stijgende temperaturen leiden tot koraalverbleking, een afbraak van de gunstige symbiose tussen koralen en algen die tot koraaldood kan leiden. Wetenschappers schatten dat als de mondiale temperatuur met 1,5 graden Celsius (2,7 graden Fahrenheit) boven het pre-industriële niveau stijgt, 70-90% van de koralen tegen 2100 wereldwijd het risico loopt op ernstige degradatie.
“Koralen kunnen acclimatiseren en zich aanpassen, maar alleen als ze leven”, vertelde hoofdonderzoeker van het nieuwe onderzoek Raquel Peixoto, een microbiële ecoloog aan de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Saoedi-Arabië, in een videogesprek aan Mongabay. Zij en andere onderzoekers over de hele wereld onderzoeken hoe het manipuleren van de microscopische bacteriën die op koralen leven hen kan helpen reageren op bedreigingen variërend van olielekken tot infectieziekten. Hoewel Peixoto eerder aantoonde dat probiotica verbleking kunnen voorkomen en koralen in aquaria in leven kunnen houden, zijn de nieuwe resultaten, gepubliceerd op 3 september in Celrapportenzijn de eersten die aangeven dat probiotica koralen in het wild kunnen helpen beschermen tegen hittegolven op zee.
“Het is één ding om experimenten in tanks te doen en te zeggen: ‘Kijk, het helpt de verblekingseffecten van koraal te verzachten’, of ‘het helpt koralen gezonder te zijn.’ En het is iets heel anders om dat op het rif aan te tonen”, vertelde Andrea Grottoli, een zeewetenschapper aan de Ohio State University in de VS, die niet bij het onderzoek betrokken was, telefonisch aan Mongabay.
“Aantonen dat de (behandelingen) hittestress daadwerkelijk verminderen ter plaatsein een echte rifsituatie, is fantastisch,” zei Grottoli.
Van het laboratorium tot de zee
In 2021 richtte Peixoto, toen een nieuwe professor bij KAUST, het onderwaterlaboratorium op waar ze al lang van droomde: een beschut gebied binnen een bestaand rif bestaande uit verschillende koraalsoorten, waar zij en haar collega’s de herstelinstrumenten konden testen die ze hadden ontwikkeld. Ze noemden het het ‘Coral Probiotic Village’. Drie jaar later toonden hun resultaten aan dat probiotica met succes het microbioom van koralen in het onderwaterlaboratorium veranderden, waardoor de aanwezigheid van enkele nuttige bacteriën werd vergroot en potentiële koraalpathogenen werden verminderd zonder ook de bacteriële samenstelling van het omringende zeewater en sediment te veranderen. Maar de bevindingen documenteerden hoe probiotica gezonde koralen beïnvloedden, en niet degenen die stress ervoeren.
In de nieuwe studie wilden de onderzoekers zien of ze probiotica konden gebruiken om koralen te beschermen tegen een hittegolf in het onderwaterlaboratorium in de Rode Zee, zoals ze dat in tanks hadden gedaan. Ze wilden ook weten of ze vergelijkbare effecten konden bereiken met postbiotica, een versie van probiotica die door hitte zijn gedood. Postbiotica werken door een immuun- of andere beschermende reactie in een organisme op te wekken, en kunnen een goedkoper en houdbaarder alternatief voor probiotica zijn.
Toen in 2022 een hittegolf de Rode Zee trof, kwam het laboratorium van Peixoto snel in actie. De onderzoekers bereidden twee probiotische behandelingen voor met een mix van bacteriën waarvan ze vermoedden dat ze gunstige functies zouden hebben (verschillende soorten uit de Cobetia, Halomonas, Sutcliffiella En Pseudoalteromonas geslachten), die ze eerder hadden geïsoleerd uit lokaal gezond koraal (Pocillopora favosa, Stylophora pistillata, Galaxea fascicularis en soorten uit het geslacht Acropora). Ze bereidden aanvullende behandelingen voor met de postbiotische tegenhangers van de probiotica.
Tijdens de hittegolf schommelde de watertemperatuur in hun onderwaterlaboratorium tussen 30,9 °C en 32 °C (87,6 °F tot 89,6 °F) – ongeveer 1,2 °C (ongeveer 2,2 °F) boven het lokale zomergemiddelde, wat koralen kan beschadigen als ze aanhouden, zei Peixoto. Gedurende vijftien dagen doken hoofdauteur Erika Santoro en haar collega’s acht keer naar de riffen en gebruikten spuiten om de behandelingen in het water nabij het eiland toe te dienen. A. valida koralen. Ze hielden ook de gezondheid van de koralen in de gaten, waarbij ze zowel de kleur registreerden – een maatstaf voor verbleking – als de efficiëntie waarmee symbiotische algen in het weefsel van de koralen fotosynthese uitvoerden en voedingsstoffen produceerden.
Hoewel de hittegolf al was begonnen voordat ze de koralen behandelden, behielden degenen die de probiotische behandelingen en een van de postbiotische behandelingen kregen hun fotosynthetische efficiëntie en kleur, terwijl de gezondheid van de onbehandelde controlekoralen achteruitging.
Met behulp van genetische sequencing ontdekten de onderzoekers dat de microbiomen van de koralen na de behandeling waren veranderd. Bij degenen die met postbiotica zijn behandeld, kan bijvoorbeeld de aanwezigheid van Cobetia bacteriën, waarvan men denkt dat ze koralen helpen hitte te weerstaan, namen toe. Elke behandeling veroorzaakte ook een andere metabolische reactie bij de koralen. “Dat is heel interessant, omdat er staat dat er verschillende manieren zijn om deze koralen te beschermen,” zei Peixoto.
‘Het vliegtuig bouwen terwijl we vliegen’
Er zijn verschillende problemen die moeten worden aangepakt voordat pro- of postbiotica kunnen worden ingezet om koralen op grotere schaal te beschermen. De onderzoekers hebben slechts één koraalsoort behandeld en zeggen dat het waarschijnlijk is dat andere soorten hun eigen specifieke cocktail van beschermende microben nodig hebben. Het behandelen van riffen met pro- of postbiotica is tijd- en arbeidsintensief. Er is ook een kwestie van schaal, aangezien riffen grote gebieden kunnen bestrijken. Sinds het veldonderzoek in 2022 hebben de onderzoekers kralen ontwikkeld die zijn samengesteld uit het biologisch afbreekbare gelalginaat. Ze kunnen probiotica langer stabiel houden in de koelkast en ze langzaam afgeven op riffen, maar ze weten nog niet hoe lang die kralen de bacteriën in leven houden.
Grottoli zei ook dat, hoewel de pigmentatie- en fotosyntheseresultaten veelbelovend zijn, een onderzoek op langere termijn nodig zou zijn om aan te tonen dat de behandelingen de koraalgroei en overleving daadwerkelijk verbeteren.
“We bouwen het vliegtuig terwijl we vliegen,” zei Peixoto, terwijl hij tegelijkertijd bezig was met haalbaarheid, schaalvergroting en het begrijpen van beschermingsmechanismen, omdat “koralen niet veel tijd hebben.”
Ze erkende ook dat probiotica nooit een wondermiddel zullen zijn, en dat wetenschappers waarschijnlijk meerdere benaderingen op verschillende locaties nodig zullen hebben om koralen tegen hittegolven te beschermen.
Grottoli heeft haar eigen technologie ontwikkeld om de gezondheid van koralen te verbeteren door hun voeding te verbeteren. Maar ze zei dat al deze benaderingen ‘kortetermijnpleisters’ zijn die tijd kopen om de factoren aan te pakken die koraalstress veroorzaken, zoals klimaatverandering, samen met overbevissing en kustvervuiling.
“De technologieën vechten als het ware tegen een achteruitgaand landschap”, zei ze. Maar ze “kunnen tegen het einde van deze eeuw geen wondermiddel zijn voor de overleving van koraalriffen.”
Bannerafbeelding: Onderzoeker Raquel Peixoto inent probiotica op gebleekt koraal tijdens een hittegolf in 2022 in de Rode Zee. Afbeelding met dank aan Morgan Benett-Smith.
Probiotica vertragen een dodelijke ziekte in koraal in Florida, zo blijkt uit onderzoek
Zelfs de ‘superkoralen’ van de Golf van Akaba verbleekten tijdens de hittegolf van 2024
Citaties:
Hoegh-Guldberg, O., Kennedy, EV, Beyer, HL, McClennen, C., … Possingham, HP (2018). Het veiligstellen van een toekomst op lange termijn voor koraalriffen. Trends in ecologie en evolutie, 33(12), 936-944. doi:10.1016/j.tree.2018.09.006
Schleussner, C., Lissner, TK, Fischer, E.M., Wohland, J., Perrette, M., Golly, A., … Schaeffer, M. (2016). Differentiële klimaateffecten voor beleidsrelevante grenzen aan de opwarming van de aarde: het geval van 1,5 °C en 2 °C. Systeemdynamiek van de aarde, 7(2), 327-351. doi:10.5194/esd-7-327-2016
Rosado, P.M., Leite, D.C., Duarte, G.A., Chaloub, R.M., Jospin, G., Nunes da Rocha, U., … Peixoto, R.S. (2018). Mariene probiotica: verhoging van de weerstand van koraal tegen verbleking door manipulatie van het microbioom. Het ISME-tijdschrift, 13(4), 921-936. doi:10.1038/s41396-018-0323-6
Santoro, E.P., Borges, R.M., Espinoza, J.L., Freire, M., Messias, C.S., Villela, H.D., … Peixoto, R.S. (2021). Manipulatie van het koraalmicrobioom veroorzaakt metabolische en genetische herstructurering om hittestress te verminderen en sterfte te omzeilen. Wetenschappelijke vooruitgang, 7(33). doi:10.1126/sciadv.abg3088
Garcias-Bonet, N., Villela, H., García, F., Duarte, G., Delgadillo-Ordoñez, N., Raimundo, I., … Peixoto, R. (2025). Het koraalprobioticadorp: een onderwaterlaboratorium om de koraalriffencrisis aan te pakken. Ecologie en evolutie, 15(7), e71558. doi:10.22541/au.172511515.58013062/v1
Voolstra, CR, Peixoto, RS, … Ferrier-Pagès, C. (2023). Het verzachten van de ecologische ineenstorting van ecosystemen van koraalriffen: effectieve strategieën om het ecosysteem van koraalriffen te behouden. EMBO-rapporten, 24(4). EMBR202356826. doi:10.15252/embr.202356826
Delgadillo-Ordoñez, N., Garcias-Bonet, N., Raimundo, I., García, F.C., Villela, H., Osman, E.O., … Peixoto, R.S. (2024). Probiotica hervormen het koraalmicrobioom in situ zonder waarneembare off-target effecten in de omgeving. Communicatie Biologie, 7(1). 434. doi:10.1038/s42003-024-06135-3
Cardoso, P.M., Hill, L.J., Villela, H.D., Vilela, C.L., Assis, J.M., Rosado, P.M., … Peixoto, R.S. (2024). Lokalisatie en symbiotische status van probiotica in het koraalholobiont. mSystemen, 9(5). e00261-24. doi:10.1128/msystems.00261-24
Peixoto, R. S., Sweet, M., Villela, H.D., Cardoso, P., Thomas, T., Voolstra, C.R., … Bourne, D.G. (2021). Koraalprobiotica: premisse, belofte, vooruitzichten. Jaaroverzicht van dierlijke biowetenschappen, 9(1), 265-288. doi:10.1146/annurev-dier-090120-115444
Barno, AR, Villela, H.D., Cardoso, P.M., García, F.C., Cui, G., Delgadillo-Ordoñez, N., … Peixoto, R.S. (2026). Bacteriële inenting veroorzaakt veranderingen in het koraalepigenoom. Natuurcommunicatie. doi:10.1038/s41467-026-77646-2
