Un approccio monocellulare fa luce sull’infezione virale
Il fitoplancton, composto da microalghe unicellulari, svolge un ruolo estremamente importante nella fotosintesi, il processo tramite il quale la vita vegetale assorbe l’anidride carbonica per vivere. Infatti, la metà di tutta l’attività fotosintetica si svolge in mare. «Il carbonio è immagazzinato nelle fioriture algali, che possono diffondersi per migliaia di chilometri», spiega Assaf Vardi, coordinatore del progetto Virocellsphere. «Una goccia di questa acqua di mare conterrebbe migliaia di singole cellule di questo tipo». Le fioriture sono normalmente infettate da virus giganti e muoiono nel giro di una settimana, rilasciando enormi quantità di carbonio organico, zolfo e altre molecole. Tale processo è una componente importante della catena alimentare marina ed è quindi fondamentale per sostenere la vita. «Gli attuali approcci scientifici alla sua comprensione tendono a concentrarsi semplicemente sulla quantificazione dell’abbondanza e della diversità virale», afferma Vardi, «ma non colgono pienamente l’infezione virale in azione».
Interazioni ospite-virus
Vardi, professore del dipartimento di scienze vegetali e ambientali presso l’Istituto scientifico Weizmann in Israele, voleva osservare più da vicino le effettive interazioni ospite-virus. Il suo obiettivo era quello di tracciare non solo ciò che accade a livello di singola cellula quando un virus la invade, ma le interazioni ospite-virus alla scala delle fioriture di fitoplancton. «I membri del mio laboratorio ed io siamo ecologi marini, nel cuore», aggiunge, «ma nella pratica ciò che facciamo è studiare la biologia cellulare. Volevo sposare queste due discipline». Per raggiungere tale obiettivo, Vardi ha elaborato dei modi per quantificare e indirizzare cellule infette specifiche, il che ha consentito al suo laboratorio di esaminare ciò che stava effettivamente accadendo a livello intracellulare. Vardi ha poi voluto ampliare il suo studio, per capire se le cellule infette rilasciassero molecole di segnalazione per difendersi o per propagare l’attacco virale. Ha dunque applicato tecniche monocellulari sviluppate in laboratorio, abbinate ad analisi chimiche, per mappare i metaboliti, piccole molecole, rilasciati durante l’infezione.
Messaggio in bottiglia
«Abbiamo cercato lo specifico virus gigante che stava uccidendo la fioritura della nostra specie di alga modello», dichiara. «Io e Flora Vincent, una ricercatrice post-dottorato nel laboratorio di Vardi, abbiamo scoperto che solo un terzo della popolazione di alghe era infetta: allora perché l’intera fioritura di fitoplancton collassa in modo sincronizzato?». Vardi e un’altra collega, Daniella Schatz, hanno scoperto che le cellule algali infettate da questi virus rilasciavano vescicole, o «messaggi in bottiglia», contenenti piccole molecole di RNA in grado di preparare le cellule non infette a un’invasione virale. Ciò potrebbe contribuire a spiegare perché i crolli delle fioriture di fitoplancton sembrano essere sincronizzati. «All’inizio pensavamo che fosse un meccanismo di difesa», osserva. «Solo guardando all’interno delle cellule abbiamo potuto osservare cosa stava realmente accadendo». Questa scoperta sottolinea il successo del progetto Virocellsphere nei progressi dello studio dell’infezione virale. Al livello più fondamentale, Vardi e il suo gruppo hanno dimostrato che è possibile tracciare virus specifici sul campo, attraverso il loro approccio monocellulare e chimico. Ciò che è più importante è che questi strumenti potrebbero aiutare gli scienziati ad approfondire l’impatto dei virus sull’ambiente marino, modellandone l’ecologia e l’evoluzione, nonché il ciclo dei nutrienti principali come il carbonio e lo zolfo.
Parole chiave
Virocellsphere, alghe, fioritura, virus, antivirale, infezione, evoluzione, fitoplancton
