Svelare le strategie metaboliche di sopravvivenza dei microbi del suolo
I microrganismi del suolo affrontano spesso condizioni dure e mutevoli, in terreni temperati e deserti. Gran parte della diversità microbica del suolo è contenuta in una «banca dei semi microbici», in cui si ritiene che la maggior parte dei microrganismi rimanga dormiente in qualsiasi momento, con il risveglio di diversi membri in caso di mutamento delle condizioni ambientali. Il progetto DormantMicrobes (Revealing the function of dormant soil microorganisms and the cues for their awakening), sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca, è stato istituito per esplorare il modo in cui i microrganismi si attrezzano per la dormienza in croste di suolo desertico e terreni temperati, nonché per esaminare alcuni segnali ambientali che possono condurre al risveglio. «In precedenza, le informazioni circa il rapporto tra cellule attive e dormienti nel suolo erano scarse, per non parlare delle strategie effettive impiegate per affrontare condizioni dure», spiega Dagmar Woebken, coordinatrice del progetto, dell’Università di Vienna.
Una serie di strategie di sopravvivenza
Il team di Woebken ha lavorato con microrganismi che vivono nelle croste del suolo nel deserto del Negev avvalendosi di due metodi all’avanguardia: la spettrometria di massa di ioni secondari su nanoscala e la meta-omica. La mancanza di acqua limita le attività nelle croste del suolo del desertico, pertanto, il progetto ha approfondito la riattivazione microbica in laboratorio imitando la pioggia. È stata condotta un’analisi degli isotopi stabili utilizzando «acqua pesante», ovvero un’acqua che contiene il raro isotopo deuterio al posto dell’idrogeno. Le cellule che incorporano il deuterio, fungendo da marcatori, sono state monitorate per seguire la riattivazione nel tempo a livello di cellula singola impiegando la spettrometria di massa di ioni secondari su nanoscala. «I nostri dati hanno confermato che alcune cellule rimangono effettivamente dormienti, probabilmente nell’interesse della comunità», afferma Woebken. Per svelare potenziali geni e percorsi essenziali per la dormienza e il risveglio, è stato inoltre applicato un approccio meta-omico al fine di sequenziare il DNA e l’mRNA dei microrganismi che vivono nella crosta del suolo. «Abbiamo costruito genomi quasi completi, rivelando un’ampia diversità di microrganismi del suolo precedentemente sconosciuti. Questi dati hanno inoltre portato alla luce una grande varietà di strategie utilizzate dai microbi per sopravvivere in condizioni sfavorevoli», aggiunge Woebken. Tra questi meccanismi di sopravvivenza figurava la strategia di «abbondanza e carestia», in base alla quale i microbi reagivano a improvvisi impulsi d’acqua utilizzando sostanze nutritive organiche quali fonti di energia o generando fasi di riposo. Inoltre, è possibile ridurre la produzione di ossigeno reattivo che altrimenti danneggerebbe il DNA e le proteine. Le cellule contengono enzimi che proteggono o riparano questi importanti componenti cellulari. Una strategia particolarmente interessante consiste nella produzione di energia recuperata da gas atmosferici, quali l’idrogeno. Approfondendo questi risultati, il team ha inoltre riscontrato un recupero di gas atmosferico nei suoli temperati e ha individuato alcuni taxa nuovi e onnipresenti che mostrano tale potenziale. «Abbiamo scoperto questa capacità metabolica in microbi del suolo di grande successo, denominati acidobatteri», afferma Woebken. «Questa capacità è ampiamente diffusa anche in altri microbi del suolo, in ambienti di suolo completamente diversi e con diversi elementi di stress, il che ne dimostra la rilevanza come strategia di sopravvivenza». I ricercatori stanno ora investendo i propri sforzi nel valutare se ciò sia il caso o meno. Inoltre, i risultati ottenuti consentiranno loro di stabilire se i microrganismi presenti in suoli meno aridi siano altrettanto attrezzati a resistere a periodi di siccità quanto i loro cugini del deserto.
Garantire la biodiversità
La siccità e la desertificazione in crescente incidenza rappresentano solo due dei tratti distintivi dell’impatto provocato dai cambiamenti climatici di matrice antropogenica su molti ecosistemi terrestri. «Una migliore comprensione dei meccanismi adottati dai microrganismi per sopravvivere in mancanza di acqua e riattivarsi rapidamente quando è nuovamente disponibile, ci aiuta a capire come la biodiversità possa esistere in questi ecosistemi. Questa conoscenza potrebbe contribuire ai futuri sforzi di mitigazione dei cambiamenti climatici», conclude Woebken.
Parole chiave
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