Marinobacter hydrocarbonoclasticus

Marinobacter hydrocarbonoclasticus (Gauthier et al., 1992) è una specie di microrganismo marino isolato per la prima volta nelle acque del mar Mediterraneo, nei pressi di una raffineria di petrolio.

Caratteristiche

M. hydrocarbonoclasticus è un batterio gram-negativo, aerobico, di forma bastoncellare (Figura 1), non sporigeno.
Secondo i pochi studi effettuati, non risulta essere un batterio patogeno, né per l’uomo né per organismi marini di vario genere.
Presenta una grandezza variabile fra i 2 e i 3 µm in lunghezza e fra 0,3 e 0,6 µm in diametro (o dimensioni leggermente diverse in base al tipo di terreno in cui viene fatto crescere).

figura 1 - Marinobacter hydrocarbonoclasticus SEM
Figura 1 – Scansione e trasmissione (colorazione negativa) SEM di M. hydrocarbonoclasticus [Credits: Li,R. et al.].


La forma cellulare e la presenza di flagelli sono fortemente influenzate dalla concentrazione di cloruro di sodio (NaCl) presente nell’ambiente di sviluppo.
Infatti, se cresciuto in un terreno di coltura con una concentrazione di cloruro di sodio intermedia (0.6-1.5 M), presenta un singolo flagello polare privo di guaina, che è, invece, assente, se cresciuto a concentrazioni più basse o più alte (inferiori a 0.2 M o superiori a 1.5 M).
L’appellativo scientifico “hydrocarbonoclasticus” deriva dalla sua particolare capacità di degradare idrocarburi e, infatti, il significato del termine è “smantellatore di idrocarburi”.
Oltretutto, grazie alla presenza di alcuni idrocarburi (ad esempio eicosani), può sviluppare numerose vescicole sulla superficie cellulare.

Filogenesi

RegnoBacteria
PhylumProteobacteria
ClasseGammaproteobacteria
OrdineAlteromonadales
FamigliaAlteromonadaceae
GenereMarinobacter
SpecieM. hydrocarbonoclasticus

Genoma e metabolismo

Il genoma di M. hydrocarbonoclasticus presenta una grandezza di circa 4 Mb, con un contenuto di guanina e citosina simile (G+C pari al 57,43 mol%), ma di dimensioni inferiori rispetto a quello degli altri genomi di differenti specie di Marinobacter (compresi tra 4.333 e 4.894 kb).
Inoltre, contiene 3 operoni rRNA, 50 geni tRNA e 3807 sequenze codificanti proteine (CDSs) (con una lunghezza media 967,89 bp ).
In più, esso contiene numerosi geni coinvolti in processi di formazione di biofilm, in particolare codifica 58 proteine che sono coinvolte nel rilascio di molecole segnale intercellulari.
Successivamente alla trascrizione, in base alla loro concentrazione, queste molecole regolano la transizione dalla forma sessile a quella di biofilm.
In particolar modo, attraverso analisi genetiche, è stato dimostrato come il genoma di M. hydrocarbonoclasticus sia simile al 99,4% al genoma di un altra specie, Marinobacter aquaeolei (Figura 2).

Figura 2 - SEM Marinobacter aquaeolei
Figura 2 – Immagine SEM di M. aquaeolei, specie definita sinonimo eterotipico [Credits: Marquez-Ventosa, 2005].

M. hydrocarbonoclasticus mostra varie attività metaboliche mediate da catalasi, lipasi (tweenase), ossidasi e lecitinasi.
In seguito a numerosi studi, è stato accertato che è un batterio denitrificante, quindi capace di ridurre, in condizioni anaerobiche – anche se non è un organismo anaerobico obbligato – fino al 90% del nitrato presente in ossido di diazoto (N2O), in presenza di acetilene.
Inoltre, è in grado di utilizzare idrocarburi come unica fonte di energia e carbonio.
Tra i vari idrocarburi, riesce a degradare:

  • Tetradecani (10%)
  • Esadecani (100%)
  • Eicosani (91%)
  • Eneicosani (84%)
  • Pristani (34%)
  • Fenildecani (10%)
  • Fenantrene (41%)

In aggiunta, però, non è un organismo “idrocarbonoclastico” obbligato, quindi può utilizzare altri tipi di fonti di energia e carbonio.
Infine, le cellule batteriche di questa specie non contengono il citocromo P450, uno degli enzimi chiave nei processi di degradazione degli anelli aromatici, a differenza di altre specie appartenenti al genere Marinobacter.

Morfologia delle colonie e identificazione

Generalmente viene coltivato su terreni come:

  • Acqua di mare sintetica (SSW)
  • Marine Agar 2216 (con aggiunta di 0,1% di alcani o idrocarburi)

Su terreni come il Marine Agar, le colonie appaiono circolari, con un diametro compreso fra 1 e 2 mm, lisce, convesse, bianche e con bordi regolari.
Dopo una settimana di incubazione, le colonie appaiono più grandi, arrivando ad assumere un diametro compreso fra i 2 e i 4 mm e una colorazione beige, non mostrando alcun fenomeno di bio-luminescenza.
Inoltre, questo ceppo produce importanti ammassi di bio-emulsionanti, se coltivato su idrocarburi come unica fonte di carbonio.

Marinobacter hydrocarbonoclasticus osservato al microscopio elettronico.
Figura 3 – Marinobacter hydrocarbonoclasticus osservato al microscopio elettronico [Credits: Microbewiki.kenyon.edu].


E’ in grado di crescere tra i 10 e i 45° C, presentando un optimum di crescita a 32°C.
Tollera inoltre variazioni di pH in un range tra 6 e 9.5 (con un optimum di crescita a pH 7-7.5).
La concentrazione di NaCl (cresce in un range che varia tra 0.08 e 3.5 M con un optimum a 0.6 M) è in grado di influenzare la fase di latenza e il tempo di generazione.
Può crescere in condizioni aerobiche o anaerobiche, con nitrato come accettore di elettroni e con acetato come donatore.
Viene considerato inoltre un ceppo marino, poichè è un alotollerante estremo e leggermente alofilo, richiedendo ioni Na+ per la sua crescita.
Le cellule batteriche presentano inoltre resistenza a tetracicline, stafilomicine e sono suscettibili a penicillina G, streptomicina, eritromicina, gentamicina e acido naxalidico.

Distribuzione

Questa specie batterica è stata ritrovata in molti ambienti marini, in particolar modo si sviluppa in biofilm, nei pressi di scarichi di raffinerie (per la maggior parte illegali).
Insieme ad altre specie del suo genere, è particolarmente diffusa in diversi mari (avendo condizioni di crescita abbastanza ampie), in sedimenti costieri marini, su alcuni fondali, bocchette idrotermali (sommerse), e in rari casi anche in ambienti più freddi, come acqua artiche o antartiche.
In alcuni casi sono stati anche ritrovati in associazione con organismi vegetali marini.

Applicazioni ecologiche e ricerche

Gli idrocarburi, derivati dai processi di raffinazione del petrolio, sono inquinanti molto pericolosi per gli ecosistemi marini.
Essendo composti molto difficili da rimuovere, le attuali ricerche su M. hydrocarbonoclasticus puntano ad ampliare la conoscenza sull’effettivo ruolo ecologico di questo microrganismo, ancora sconosciuto per la gran parte.
Esso, attraverso il possibile sviluppo di biotecnologie adeguate, o, naturalmente, di per sé, potrebbe giocare un ruolo fondamentale nei processi di bioremediation.

Un esempio di ricerca è quella svolta da Hamdan e Fuller nel 2011.
Usando un disperdente chimico, hanno compreso come questo – o altri prodotti di uguale natura chimica – possano inibire questa specie di Marinobacter e altre affini, riducendo così l’influenza sul bio-risanamento di ambienti colpiti da catastrofi ecologiche che coinvolgono grandi perdite di idrocarburi.
Sembra quindi che, già di per sé, questi microrganismi abbiano un ruolo nella degradazione di questi inquinanti, soprattutto attraverso la formazione di biofilm (definiti biofilm oleosi) sulla superficie delle “macchie” idrocarburiche presenti in ambienti acquatici.

Fonti

Fonti immagini

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