Trovati nuovi microorganismi marini mangia-etano

La scoperta della nuova specie di microorganismi marini

I ricercatori dell’Istituto di microbiologia marina Max Planck, insieme ad un gruppo di scienziati del MARUM (Center for Marine Environmental Sciences, con sede a Bremen) hanno rilevato microorganismi marini, tra cui, una nuova specie Archaea, nelle profondità marine. Quest’ultima in particolare vive nei pressi delle sorgenti idrotermali e si nutre di etano, secondo componente principiale dei gas naturali utilizzati come fonte di energia. I ricercatori sono anche riusciti ad isolare l’organismo e coltivarlo in laboratorio. La più interessante peculiarità di questo essere sta nel fatto che il processo con cui “digerisce” e quindi spezza le molecole di etano pare essere reversibile. Lo studio di questo processo metabolico fornisce grandi spunti sulla manipolazione genetica di nuovi ceppi batterici che potrebbero, in futuro, produrre etano. Lo studio del Max Planck e del MARUM è stato pubblicato pochi giorni fa sulla rivista mBio.

La vita dei microorganismi marini negli abissi

Il gruppo di ricerca è stato guidato da  Gunter Wegener, PI presso l’Istituto di Biologia Marina Max Planck. I ricercatori hanno trovato la nuova specie nel bacino di Guaymas, una depressione sottomarina situata sul fondale della regione centrale del Golfo di California, nell’Oceano Pacifico, al largo della costa dello stato messicano di Sonora. Il microorganismo aveva colonizzato i fondali, situati a 2000 metri sotto la superficie del mare.

Il commento di Wegner a riguardo è stato: “Il bacino di Guaymas è un laboratorio a cielo aperto, brulicante di nuove specie. Ne abbiamo trovate diverse in quelle acque, grazie alle sorgenti calde che fuoriescono dal fondale marino c’è una vasta biodiversità. Molti microorganismi sono attratti dalle condizioni di questo habitat.“. Di fatti, la tipica sorgente idrotermale, bocca idrotermale o camino idrotermale, è una frattura nella superficie del pianeta da cui fuoriesce acqua geo-termicamente riscaldata. Esse si trovano nei pressi di aree vulcanicamente attive, in zone in cui le placche tettoniche si stanno muovendo, nelle dorsali oceaniche e nei punti caldi. Queste sorgenti controbilanciano le basse temperature che l’acqua raggiunge nelle profondità oceaniche.

La degradazione dei gas naturali da parte di microorganismi marini

Prima di entrare nel dettaglio dell’analisi condotta dai ricercatori sul nuovo microorganismo marino dobbiamo considerare un approfondimento riguardo al processo di consumo e metabolismo dei batteri verso i gas naturali. Secondo i dati ottenuti fin’ora da vari studi, la degradazione di componenti organici dei gas naturali, in particolare dei due componenti principali, ossia metano ed etano, i microorganismi hanno sviluppato una sorta di cooperazione, definita anche “consorzio”.

Modello di molecola di etano
Figura 1 – Modello di molecola di etano. Credit: © Antonio Scarpi / Adobe Stoc

La svolta in laboratorio

Questo nuovo “consorzio marino” è l’eccezione alla regola precedentemente spiegata. Il gruppo di microorganismi trovato nelle sorgenti idrotermali nel Golfo della California cresce infatti molto rapidamente. Secondo il PhD del Max Planck Cedric Hahn, le cellule prelevate dal fondale duplicano a ritmo settimanale. Ciò ha permesso ai ricercatori di ottenere sufficiente biomassa per procedere con analisi più approfondite, oltre che a raccogliere abbastanza campione dell’Archaea interessato alla prima parte di processo di degradazione del gas e sequenziarne il genoma.

Oltre a questo i ricercatori hanno anche potuto osservare i fattori intercellulari coinvolti nel processo di degradazione dell’etano. Il nuovo Arachaea è stato denominato Ethanoperedens thermophilum, semplicemente traducibile come “mangia-etano amante del calore”. I batteri suoi partner nel consorzio marino sono specie precedentemente identificate in altri microbiota in ambiente acquatico. Il sequenziamento di Ethanoperedens thermophilum ha anche permesso di capire quale fosse la funzione di alcune sequenze genomiche trovate in diverse sorgenti idrotermali nel mondo. Organismi abitanti queste sorgenti hanno in comune l’espressione di enzimi atti alla degradazione di etano o metano.

La reversibilità del processo

I “parenti stretti” di Ethanoperedens thermophilum potrebbero possedere il processo opposto dell’archeobatterio, ossia produrre, piuttosto che degradare, l’etano, consumando l’anidride carbonica. Il team di Wegner si sta occupando ora di due fronti: il primo, trovare un altro Archaea che possa aver sviluppato il processo inverso di Ethanoperedens thermophilum. In secondo luogo, stanno anche studiando come possibilmente convertire microorganismi metano produttori in etano produttori, partendo dalle basi genomiche di questo nuovo Archaea. Una sfida ardua ma interessante, che potrebbe portare a grandi risultati nelle biotecnologie. Le funzioni importanti per l’ambiente di questo archeobatterio sono due. Una è il fatto che esso consumi grandi quantità di etano nelle profondità marine, impedendogli di risalire fino all’atmosfera. La seconda sono le possibili applicazioni della sua scoperta che possono, in ambito industriale, contribuire alla riduzione di emissioni di carbonio

Bibliografia

  • Cedric Jasper Hahn, Rafael Laso-Pérez, Francesca Vulcano, Konstantinos-Marios Vaziourakis, Runar Stokke, Ida Helene Steen, Andreas Teske, Antje Boetius, Manuel Liebeke, Rudolf Amann, Katrin Knittel, Gunter Wegener. “Candidatus Ethanoperedens,” a Thermophilic Genus of Archaea Mediating the Anaerobic Oxidation of Ethane. mBio, 2020; 11 (2) DOI: 10.1128/mBio.00600-20
  • Max Planck Institute for Marine Microbiology. “New ethane-munching microbes discovered at hot vents.” ScienceDaily. ScienceDaily, 21 April 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200421090552.htm.

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