Abstract Marine algae annually synthesize gigatons of glycans from carbon dioxide, exporting it within sinking particles into the deep-sea and underlying sea floor, unless those glycans are digested before by bacteria. Identifying algal glycans in the ocean remains challenging with the molecular resolution of conventional analytic techniques. Whether algal glycans are digested by heterotrophic bacteria during downward transport, before they can transfer carbon dioxide from the ocean surface into the deep-sea or the sea floor, remains unknown. In the Red Sea Shaban Deep, where at 1500 m water depth a brine basin acts as a natural sediment trap, we found its high salt and low oxygen concentration accumulated and preserved exported algal glycans for the past 2500 years. By using monoclonal antibodies specific for glycan structures, we detected fucose-containing sulfated polysaccharide, β-glucan, β-mannan and arabinogalactan glycans, synthesized by diatoms, coccolithophores, dinoflagellates and other algae living in the sunlit ocean. Their presence in deep-sea sediment demonstrates these algal glycans were not digested by bacteria. Instead they moved carbon dioxide from the surface ocean into the deep-sea, where it will be locked away from the atmosphere at least for the next 1000 years. Considering their global synthesis, quantity and stability against degradation during transport through the water column, algal glycans are agents for carbon sequestration. Significance statement Algae and plants use the greenhouse gas carbon dioxide to synthesize polymeric carbohydrates, or glycans, for energy storage, structural support and as protection against invasion by microbes. Glycans provide protection, are carbon sinks and enable carbon sequestration for as long as they are not digested by bacteria or other organisms, which releases the carbon dioxide back in to the atmosphere. In this study, we show that non-digested algal glycans sink into the deep ocean and into marine sediment. Thus, glycans are more than food for animals and prebiotics for bacteria, they are also molecules that remove carbon dioxide from the atmosphere and transfer it to the deep-sea, where it can be stored for 1000 years and longer.

Abstract The carbohydrates that fuel gut colonization by S . Typhimurium are not fully known. To investigate this, we designed a quality-controlled mutant pool to probe the metabolic capabilities of this enteric pathogen. Using WISH-barcoding, we tested 35 metabolic mutants across five different mouse models, allowing us to differentiate between context-dependent and context-independent nutrient sources. Results showed that S . Typhimurium uses D-glucose, D-mannose, D-fructose, and D-galactose as context-independent carbohydrates across all models. The utilization of N-acetylglucosamine and hexuronates, on the other hand, was context-dependent. Furthermore, we showed that D-fructose is important in strain-to-strain competition between Salmonella serovars. Complementary experiments confirmed that D-glucose, D-fructose, and D-galactose are excellent niches for S . Typhimurium to exploit during colonization. Quantitative measurements revealed sufficient amounts of D-glucose and D-galactose in the murine cecum to drive S . Typhimurium colonization. Understanding these key substrates and their context-dependent use by enteric pathogens will inform the future design of probiotics and therapeutics to prevent diarrheal infections such as non-typhoidal salmonellosis.

Abstract MicrobeMASST, a taxonomically-informed mass spectrometry (MS) search tool, tackles limited microbial metabolite annotation in untargeted metabolomics experiments. Leveraging a curated database of >60,000 microbial monocultures, users can search known and unknown MS/MS spectra and link them to their respective microbial producers via MS/MS fragmentation patterns. Identification of microbial-derived metabolites and relative producers, without a priori knowledge, will vastly enhance the understanding of microorganisms’ role in ecology and human health.

Abstract Algal blooms are hotspots of marine primary production and play central roles in microbial ecology and global nutrient cycling. When blooms collapse, organic carbon is transferred to higher trophic levels, microbial respiration or sinking in proportions that depend on the dominant mortality agent. Viral infection can lead to bloom termination, but its impact on the fate of carbon remains an open question. Here, we characterized the consequences of viral infection on the microbiome composition and biogeochemical landscape of marine ecosystems by conducting a large-scale mesocosm experiment. Moniroting of seven induced coccolithophore blooms, which showed different degrees of viral infection, revealed that only high levels of viral infection caused significant shifts in the composition of free-living bacterial and eukaryotic assemblages. Intriguingly, viral infection favored the growth of eukaryotic heterotrophs (thraustochytrids) over bacteria as potential recyclers of organic matter. By combining modeling and quantification of active viral infection at a single-cell resolution, we estimate that viral infection can increase per-cell rates of extracellular carbon release by 2-4.5 fold. This happened via production of acidic polysaccharides and particulate inorganic carbon, two major contributors to carbon sinking into the deep ocean. These results reveal the impact of viral infection on the fate of carbon through microbial recyclers of organic matter in large-scale coccolithophore blooms.