Sequenziamento genico: L’importanza dei batteri piezofili

Il mondo subacqueo brulica di microscopiche forme di vita. Le comunità di eubatteri, archea, protisti e funghi unicellulari costituiscono la
maggior parte di questa biomassa oceanica e sono una componente essenziale dell’ecosistema, in quanto responsabili del 98% della produzione primaria e catalizzatori di tutti i cicli biogeochimici.

L’oceano intero è un sistema vivente integrato in cui le trasformazioni energetiche sono regolate da processi fisici, chimici e biotici interdipendenti. Se da un lato la maggior parte dei principi chimici e fisici è ormai nota, solamente ora si stanno mettendo a punto degli approcci molecolari per descrivere ed interpretare i processi oltre che la diversità biologica. E’ ormai indubbio comunque che sia necessario includere l’abbondanza microbica, la sua diversità, le sue dinamiche e la sua influenza sulla chimica oceanica nello sviluppo di modelli per una migliore comprensione dell’ecosistema marino, fondamentale nelle sue interazioni con l’atmosfera per la regolazione del clima mondiale.

I modelli di flusso delle sostanze organiche oceaniche sono il risultato di complicate interazioni tra diversi biota. I batteri sono la maggiore forza biologica del ciclo oceanico del carbonio (Fig.1) in quanto la materia organica disciolta, Dissolved Organic Matter (DOM), viene da loro metabolizzata e resa disponibile a livelli trofici superiori, in quello che viene definito microbial loop.

Fig 1: Ciclo del Carbonio

Un efficace esempio di contesto in cui è evidente tale attività microbica è rappresentato dagli hot spot in cui strutture polimeriche colloidali, nano e micro gel interagiscono nel creare un continuum di materia organica, che è il substrato ideale per un’ampia biodiversità. La produttività oceanica non viene mantenuta attraverso un elevato apporto di sostanze organiche ma piuttosto da un loro rapido riciclo.

Questo sistema può modificarsi per mezzo dell’accumulo di biomassa o di alcune sue esportazioni, sotto la spinta di condizioni fisiche variabili o dell’aumento modulato dei nutrienti stessi. La produzione di materia organica viene regolata in funzione della più bassa concentrazione relativa di nutrienti presenti, necessaria per la crescita del batterioplancton (Fig.2). Ciò implica che non sono necessariamente nè il più alto tasso di richiesta di carbonio nè la presenza di tracce organiche nell’ambiente a controllare il tasso produttivo totale dell’ecosistema, bensì una bilanciata dinamica tra domanda e disponibilità di nutrienti.

Fig 2: Cianobatteri costituenti del Batterioplancton al microscopio

Attualmente è possibile studiare i singoli passaggi delle complesse dinamiche biologiche, coinvolte in tali processi, per mezzo delle più recenti metodiche di studio che portano ad identificare i geni e le vie metaboliche responsabili dell’adattamento degli organismi alle diverse condizioni ambientali. Il riconoscimento del batterioplancton quale componente fondamentale della rete trofica oceanica, ha portato all’avvio del sequenziamento di svariati genomi batterici, allo scopo di indagare più a fondo sulle strategie che permettono l’utilizzo della materia organica e dei composti inorganici come supplemento all’eterotrofia. Grazie all’applicazione della genomica ai problemi di oceanografia microbica è possibile cercare di espandere la comprensione di metabolismo, ecologia ed evoluzione dei batteri.

E’ l’adattamento alle caratteristiche uniche del loro ambiente ciò che definisce l’essenza delle specie microbiche marine. Considerato che l’oceano presenta una profondità media di 3800 m e quindi una pressione idrostatica media di 38 MPa, una larga parte della biosfera marina deve essere in grado di vivere ad alte pressioni. I batteri isolati in questo ambiente sono detti piezofili e presentano il loro optimum di crescita a pressioni maggiori di 40 MPa, quindi adattamenti specifici che permettono loro di sopravvivere a questa condizione estrema. Al contrario un batterio è definito piezotollerante se presenta una crescita ottimale a pressione inferiore di 40 MPa e cresce ugualmente a pressione atmosferica.

La diversità microbica delle profondità comprende anche batteri mesofili, con optimum a pressione atmosferica, ma che sopravvivono comunque all’alta pressione con tasso di crescita ridotto. Questi ultimi sono interessanti per studiare in che modo possono rispondere alle variazioni di pressione idrostatica. Esempi di batteri piezofili studiati per questo tipo di approccio sono stati  ad esempio il batterio P. profundum che è stato isolato per la prima volta da un omogenato di anfipodi raccolti a 2551 m di profondità e ad una temperatura di circa 9°C nel mare Sulu, al largo delle coste delle Filippine oppure S. benthica è stato isolato da una colonia formatasi ad alta pressione a partire da un campione di sedimento oceanico raccolto a 8600 m di profondità nell’Oceano Pacifico.

                                                                                                                                                                               Luana Bignozzi

Fonti:

http://tesi.cab.unipd.it/14131/1/TREU_LAURA_06-07.pdf

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