Ferroglobus placidus

Caratteristiche

Con il termine Ferroglobus si indica un genere di microrganismi neutrofili ed ipertermofili localizzati filogeneticamente all’interno del dominio degli Archea e del phylum degli Euryarchaeota. Questo genere include un’unica specie, nota come Ferroglobus placidus, isolata da sedimenti delle bocche idrotermali al largo delle coste italiane .

Anche se a primo impatto l’appellativo latino “Ferroglobus” potrebbe indurci a pensare ad un sfera di ferro, in realtà racchiude in sé alcune delle peculiarità proprie di questi microrganismi, ossia la forma irregolarmente tondeggiante e la capacità di ridurre il ferro.

Filogenesi

DOMINIOArchaea
REGNOEuryarchaeota
PHYLUMEuryarchaeota
CLASSEArcheoglobi
ORDINE Archeoglobali
FAMIGLIAArcheoglobaceae
GENEREFerroglobus
SPECIEFerroglobus placidus

Genoma e metabolismo

Il genoma di F.placidus è stato selezionato per il sequenziamento sulla base della posizione filogenetica occupata da questo microrganismo e in virtù di differenze fenotipiche riscontrate rispetto ad altri membri della famiglia delle Archeoglobaceae. Il genoma è costituito da un cromosoma circolare avente dimensione pari a 2.196.266 bp (Fig.1); la percentuale in moli G+C è del 44,1%. Sono stati identificati 2.622 geni, di cui 2.567 codificanti proteine e 55 codificanti RNA; sono inoltre presenti 87 pseudogeni.

Rappresentazione del genoma di Ferroglobus placidus
Figura 1 – Rappresentazione del genoma di Ferroglobus placidus

Sotto il profilo metabolico F.placidus è abbastanza versatile. È in grado di utilizzare il ferro ferroso, l’idrogeno e il solfuro come donatori di elettroni, e nitrati o tiosolfati come accettori. Inoltre, è stato dimostrato che produce N2O dal nitrito, una capacità insolita per un organismo anaerobico.

Ma le sorprese non finiscono qui! F. placidus è uno dei pochi archea ipertermofili conosciuti in grado di ossidare anaerobicamente composti aromatici. Può crescere ossidando benzene, benzoato, fenolo, 4-idrossibenzoato, benzaldeide, p-idrossibenzaldeide e acido t-cinnamico in anidride carbonica, utilizzando Fe(III) come unico accettore di elettroni. I geni e le vie coinvolte nella degradazione di questi composti sono stati recentemente caratterizzati.

Una caratteristica unica del metabolismo del benzoato in F. placidus è che sembra utilizzare una reduttasi benzoilcoenzima A (benzoil-CoA) di classe I che consuma ATP, simile a quella che si trova nei batteri anaerobi facoltativi, piuttosto che la benzoil-CoA reduttasi di classe II indipendente dall’ATP che si trova in tutti gli altri anaerobi stretti.

Immagini al microscopio

Al microscopio a contrasto di fase, la maggior parte delle cellule di F.placidus mostrano forma coccoide altamente irregolare e sono disposte singolarmente o in coppia. Altre cellule, invece, appaiono di forma triangolare, mostrando un’estremità più ampia dell’altra (Fig.2). Il diametro cellulare risulta essere di 0,7-1,3 µm; i microrganismi sono mobili e presentano uno/due flagelli.

Rappresentazione al microscopio a contrasto di fase di cellule di Ferroglobus placidus. a)cellule di forma irregolarmente coccoide disposte in coppia; b) cellule di forma triangolare
Figura 2 – Rappresentazione al microscopio a contrasto di fase di cellule di Ferroglobus placidus. a)cellule di forma irregolarmente coccoide disposte in coppia; b) cellule di forma triangolare

La superficie cellulare è ricoperta da glicoproteine organizzate con simmetria ortogonale (o p2 o p4). Al microscopio UV a 420 nm, le cellule mostrano una fluorescenza blu-verde, caratteristica che si riscontra anche nei metanogeni e negli Archaeoglobales.

Ecologia

F. placidus è stato isolato per la prima volta da una miscela di sabbia e acqua in una spiaggia vicino all’isola di Vulcano, in Italia (Fig.3) .

Isola di Vulcano (Italia) in cui è stato isolato Ferroglobus placidus
Figura 3 – Isola di Vulcano (Italia) in cui è stato isolato Ferroglobus placidus

In virtù della capacità di questi microrganismi di metabolizzare composti aromatici in condizioni anaerobie, è stato ipotizzato che la circolazione di organismi simili a F. placidus sulla Terra primordiale possa aver portato alla formazione dei “banded iron bed” . Si tratta di depositi lasciati dall’acqua pressoché unici che si ritrovano in strati di rocce estremamente antiche, risalenti al Precambriano, e formatesi prima che l’atmosfera terrestre e gli oceani si arricchissero di ossigeno. Come si deduce dal nome, si tratta di strati alternati di ferro ossidato e silicati che contengono anche piccole quantità di nickel e di altri elementi (Fig. 4 )

Rappresentazione delle banded iron bad
Figura 4 – Rappresentazione delle banded iron bad

Metodi di identificazione

I microrganismi delle specie F. placidus possono essere isolati nei loro habitat naturali e coltivati in laboratorio, riproponendo le medesime condizioni che ne favoriscono la crescita. Il terreno di coltura frequentemente utilizzato è noto come FM (mezzo “Ferroglobus) e la crescita avviene in condizioni rigorosamente anossiche. La coltura isolata di F. placidus possiede un optimum di temperatura compreso tra i 65°C e 95° C. L’optimum di pH si trova invece in ambiente neutrale (pH intorno a 7). Sebbene i microrganismi siano in grado di crescere anche a valori pH compresi tra 6,0–8,5, scostamenti significati da questo intervallo causano lisi cellulare entro 2 ore.

Curiosità

Alcune caratteristiche di Ferroglobus placidus lo rendono un valido strumento per le applicazioni nei processi industriali e nella diagnosi molecolare. Particolarmente interessante, a tal proposito è la proteina Argonaute, isolata da questo microrganismo e nota come Ago PF e la cui attività di scissione del target è regolata dai cationi bivalenti Mn2+ , Mg2+ , Co2+ e Ni2+ .

Le proteine ​​Argonaute (Ago) sono ampiamente presenti in tutti i domini della vita. Le Ago degli archea termofili, così come quelle procariotiche, sono coinvolte in diversi processi importanti, come la difesa dell’ospite da elementi genici invasivi e la replicazione del DNA. Grazie all’attività endonucleasica programmabile di queste proteine e al riconoscimento di sequenze bersaglio specifiche, mediato da filamenti guida, le Ago possono essere utilizzate per modificare mutazioni genomiche. Una peculiarità di Fp Ago risiede nella capacità di scindere efficacemente plasmidi a doppio filamento a temperature elevate, dimostrando la sua potenziale applicazione nella manipolazione del dsDNA. Non solo, per esplicare l’attività endonucleasica, FpAgo utilizza corti filamenti di DNA guida che sono molto più facili ed economici da sintetizzare rispetto agli RNA guida (utilizzati dalle caspasi).

Inoltre, come dimostrato da uno studio recente, Ferroglobus placidus e l’archea ferro-riduttore Geoglobus ahangari sono in grado di generare corrente (Fig.5), a temperature elevate, in celle di elettrolisi microbica a camera singola (MEC). Pertanto queste due specie ed altri esoelettrogeni ipertermofili hanno il potenziale per ampliare le applicazioni delle tecnologie elettrochimiche microbiche per la produzione di biocarburanti e altri prodotti bioelettrochimici in condizioni ambientali estreme.

Celle di elettrolisi microbica a camera singola in cui  F. placidus e Geoglobus ahangari  generano corrente
Figura 5 – Celle di elettrolisi microbica a camera singola in cui F. placidus e Geoglobus ahangari generano corrente

Livia Sabetta

Fonti

https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Ferroglobus_placidus

Crediti immagini

  • Immagine in evidenza: https://www.uni-regensburg.de/biologie-vorklinische-medizin/mikrobiologie/pictures/in
  • Figura 1: https://environmentalmicrobiome.biomedcentral.com/articles/10.4056/sigs.2225018
  • Figura 2: https://link.springer.com/article/10.1007/s002030050388
  • Figura 3: https://www.siciliamediaweb.it/vulcano-isole-eolie/
  • Figura 4: https://www.lescienze.it/news/2019/12/03/news/batteri_temperatura_terra_primordiale_depositi_ferro-4632784/
  • Figura 5: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1567539417302645

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