Halorubrum lacusprofundi

Caratteristiche

Halorubrum lacusprofundi è una specie di Halorubrum isolata per la prima volta negli anni ’80 nel Deep Lake del continente antartico. Insieme ad Halorubrum ejinorense ed Halorubrum sodomense compone le tre specie più famose di questo meraviglioso genere di Archaea.

Discutendo un po’ di questo genere possiamo dire che appartiene alla famiglia degli Halobacteriaceae caratteristica di habitat ipersalini ed ambienti freddi (ma non esclusivamente). I principali rappresentanti sono stati infatti ritrovati e scoperti nel Mar Morto, nel lago Zabuye e nel Deep Lake in Antartide.

La nostra star, Halorubrum lacusprofundi è stato descritto basandosi sulle caratteristiche di due ceppi (ACAM 32, ACAM 34 – Fig. 1) si pensava di origine batterica (si è poi scoperto che fossero Archaea) rossi alofili isolati appunto dal Deep Lake nell’artico. Questi ceppi sono stati cresciuti in un medium preparato con acqua prelevata dal lago non diluita in modo da mimare al meglio le condizioni ambientali.

Perché parliamo di questo microorganismo? Prima di tutto per approfondire la presenza di specie viventi anche in questi luoghi estremi del nostro pianeta, ed in secondo luogo poiché potrebbe essere un buon candidato negli studi astrobiologici, come del resto lo sono tanti altri microorganismi estremofili, Infatti essendo in grado di sopravvivere ad elevate concentrazioni saline e bassissime temperature potrebbe essere un candidato ideale per la sopravvivenza su satelliti come Encelado o comunque mondi ghiacciati del sistema solare o dello spazio profondo. Il suo studio non è quindi meramente enciclopedico ma potrebbe avere risvolti importanti per determinare i limiti di abitabilità nel cosmo intero.

Filogenesi

DominioArchaea
PhylumEuryarchaeota
ClasseHalobacteria
OrdineHalobacteriales
FamigliaHalobacteriaceae
GenereHalorubrum
SpecieH. lacusprofundi

Genoma e Metabolismo

Come abbiamo avuto già modo di dire Halorubrum lacusprofundi è stato isolato circa nel 1980 nel Deep Lake in Antartide. Grazie all’avanzare delle tecniche di biologia molecolare è stato inoltre possibile isolare e sequenziare il suo genoma (2006) scoprendo che consiste di due cromosomi, uno di 2.74 Mb ed uno di 0.53 Mb più un plasmide di 0.43 Mb. Possiede inoltre un enzima beta-galattosidasi estremamente importante ed estremamente studiato per comprendere come le proteine possano funzionare a temperature così basse e concentrazioni saline così elevate. Si è scoperto infine che un ceppo del nostro microorganismo possiede un plasmide necessario per il trasferimento genico orizzontale attivabile tramite un meccanismo noto come “vescicle-enclosed virus-like”, quindi tramite particelle simil-virali.

Le cellule di Halorubrum lacusprofundi contengono inoltre isoprenoidi naturali tipici degli Archaebacteria. Il maggior costituente è il diphytanil gliceril etere, lo squalene ed il diidrophytolo. Approssimativamente il 30% del totale degli eteri lipidici consiste come minimo da quattro gliceril eteri contenenti uno o più doppi legami nel gruppo phytenilico. Il contenuto invece di G+C nel DNA corrisponde al 65-66 mol%. Analisi della subunità 16S dell’rRNA hanno catalogato il ceppo ACAM 34 molto vicino ad Halorubrum saccharovorum (ATCC 29252) e parzialmente distante da Haloferax volcanii, Haloarcula vallismortis, Halococcus morrhuae e Natroncoccus occultus altri estremofili.

Immagini al microscopio

Halorubrum lacusprofundi microscopia
Figura 1 – Immagine al microscopio di Halorubrum lacusprofundi. Si notta la classica forma “rod” del ceppo analizzato ACAM 34

Ecologia

Partiamo un po’ dal Mar Morto, per quanto tutti conoscano questo luogo inospitale sulla Terra vediamo di descriverlo brevemente; questo particolare spot terrestre trova la sua origine etimologica dall’ebraico e dall’arabo che lo descrivono come “Mare del Sale”. In verità non è un mare propriamente detto ma è piuttosto un lago salato situato nel Vicino Oriente tra Israele, la Giordania e la Cisgiordania nel deserto della Giudea. È il bacino idrografico più basso e più salato del mondo e si trova quindi nella depressione più profonda della Terra generatasi nei millenni per effetto dell’evaporazione delle sue acque non compensate da quelle degli immissari, che è anche causa della sua elevata salinità. Attualmente il livello dell’acqua del bacino superiore si trova a circa 427 metri sotto il livello del mare ed il divario continua ad aumentare.

Passando invece al lago Zabuye, decisamente meno noto, possiamo descriverlo anch’esso come un grande lago salato, ipersalino, che si localizza a 4400 metri di altezza nella Prefettura di Shigatse, regione autonoma del Tibet. Curiosamente oltre alle strane caratteristiche di questo bacino idrico è presente anche un unico minerale conosciuto come zabuyelite composto da carbonato di litio scoperto solo nel 1987 il che lo rende la maggior fonte di litio della Cina.

Come mai viene però definito ipersalino? Nonostante sia localizzato in alta quota e sia alimentato da pioggia, depositi d’acqua sotterranei e dallo scioglimento dei ghiacci questo lago presenta una delle concentrazioni saline più elevate riscontrabili in ambiente acquatico sulla Terra. Oltre al carbonato di litio già menzionato, lo Zabuye contiene anche borace, mirabilite ed alti Sali di metalli alcalini per un totale di 410 grammi ogni litro di acqua lacustre. Il clima è veramente secco con precipitazioni annuali di 199 mm ed una evaporazione di 2342 mm causando la concentrazione delle sostanze disciolte.

Passiamo infine ad un habitat decisamente ancora più inospitale rispetto a quelli descritti, il Deep Lake antartico. È un luogo estremo, uno dei meno biologicamente produttivi del pianeta. Le sue acque possiedono una concentrazione salina dieci volte maggiore rispetto quella dell’oceano rivaleggiando quindi con il Mar Morto. L’alta salinità mantiene il lago liquido nonostante nel suo punto più profondo la temperatura raggiunga i -20 gradi centigradi. Cosa può sopravvivere in queste condizioni? In realtà è stato osservato che i pinguini non disdegnano talvolta immergersi, ma non possiamo definirlo come il loro habitat ideale. Gli unici organismi che sono stati in grado di colonizzarlo sono appartenenti agli Archaea e nello specifico la nostra star Halorubrum lacusprofundi probabilmente nato nell’oceano e poi rimasto intrappolato nel corso della storia geologica del nostro pianeta in questo lago ipersalino.

Stazione di ricerca nel Deep Lake
Figura 2 – Campo dei ricercatori intenti ad analizzare e raccogliere campioni di acqua dal Deep Lake in Antartide

Metodi di coltivazione

I ceppi analizzati sono stati cresciuti in un medium composto dalle acque non diluite del Deep Lake. Le cellule pleomorfiche sono state lisate per gli studi genomici e di composizione intracellulare quando sospese poi in acqua distillata. La temperatura di crescita ha un optimum tra i 31 ed i 37 gradi centigradi. I ceppi non sono proteolitici, non producono acidi dagli zuccheri, ma si servono di una grande varietà di fonti di carbonio, inclusi zuccheri, alcoli ed acidi organici per la crescita. Nel medium è necessario inserire anche una concentrazione di ioni magnesio variabile tra le 0.005 e 1.0 mol/L con una concentrazione di NaCl tra 1.5 mol/L e la saturazione.

Curiosità

Oltre a Halorubrum lacusprofundi è interessante occuparsi brevemente anche di Halorubrum sodomense identificato per la prima volta nel Mar Morto nel 1980. Questo microorganismo richiede elevate concentrazioni di magnesio per la sua crescita. Inoltre, la sua membrana cellulare superficiale contiene archeorodospina3, la quale si comporta da proteina fotorecettrice in grado di sfruttare l’energia solare per creare una forza proton motrice per la sintesi di ATP. Mutanti di questa molecola vengono infatti largamente usati come strumento nell’optogenetica nel campo delle neuroscienze.

Organismi come questi potrebbero essere ottimi candidati per la vita extraterrestre e per lo studio dei limiti chimico-fisici della vita. Potrebbero sopravvivere su Europa, Encelado o nei mari liquidi di Titano? Magari nelle prossime missioni spaziali potremmo osservare qualche ceppo di quelli analizzati in questi luoghi estremi e studiarne il comportamento.

Bibliografia

Immagini

  • Immagine in evidenza: http://www.sci-news.com/biology/science-microbes-deep-lake-antarctica-01424.html
  • Figura 1 – https://environmentalmicrobiome.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40793-016-0194-2
  • Figura 2 – http://www.lateralmag.com/articles/issue-7/the-cold-case-of-deep-lake

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