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L’esplorazione dei genomi archeali

Oltre 30 anni fa, gli archei sono stati riclassificati in un regno a parte rispetto ai batteri. Un progetto finanziato dall’UE ha conseguito nuove nozioni sulla classificazione archeale e ha aumentato enormemente il numero di genomi archeali disponibili.
L’esplorazione dei genomi archeali
Le cellule archeali costituiscono una componente rilevantissima degli ecosistemi globali. Sono presenti in una vasta varietà di habitat e potrebbero rappresentare fino al 20 % delle cellule microbici negli oceani. La loro portata nell’ambiente è anche sottolineata dal fatto che alcuni di loro si ritrovano ordinariamente nella flora batterica umana, costituendo spesso fino al 10 % di tutti i procarioti presenti nell’intestino dell’uomo. Malgrado la conoscenza limitata in merito al loro modo di vivere, nuove prove dimostrano che determinati archei svolgono ruoli chiave nei cicli globali dell’azoto e del carbonio.

La caratterizzazione di tali organismi trova un limite nella nostra incapacità di tenere loro colture tramite i metodi attualmente disponibili. Per studiare nuove genealogie archeali a livello genomico, il progetto DARKCELLS (Single-cell phylogenomic exploration of archaeal dark matter), finanziato dall’UE, ha adottato approcci a singola cellula e metagenomici. Sono stati campionati archei ricavati da vari habitat ed è stata utilizzata una tecnologia di sequenziamento di ultimissima generazione per analizzare i loro genomi e metagenomi.

I ricercatori si sono avvalsi di progressi recenti in metagenomica (che separano frammenti di DNA genomici da una comunità di organismi) per identificare DNA archeale da vari campioni ambientali. Un campione particolare è stato ottenuto da una bocca idrotermale nell’oceano Atlantico e ha prodotto tre genomi preliminari quasi completi di archei già noti come gruppo archeale d’alto mare.

Nell’ambito dell’impegno diretto a caratterizzare la maggioranza microbica non in coltura, sono state ottenute sequenze di amplicone di 16S rRNA ricavate da 180 campioni ambientali, per l’analisi della diversità microbica, la genomica di singola cellula e gli studi di metagenomica di tali campioni.

L’analisi da parte del gruppo con sede a Uppsla (Svezia) ha condotto una scoperta senza precedenti secondo cui tali archei, denominati Lokiarchaeota, contengono geni rinvenuti in precedenza solo negli eucarioti. I geni per l’actina (GTPasi) e varie altre proteine implicate nel traffico vescicolare intracellulare sono caratteristiche fondamentali del meccanismo cellulare eucariotico e, sorprendentemente, sono stati trovati nei Lokiarchaeota.

La ricostruzione filogenomica che si serve di geni a singola copia ha evidenziato che tali archei sono i parenti più stretti degli eucarioti. Tale scoperta corrobora decisamente il fatto che possano rappresentare i cosiddetti anelli mancanti nell’origine degli eucarioti. Gli esiti sono stati pubblicati sulla rivista scientifica di grande prestigio Nature, mentre le relative implicazioni sono stati ampiamente discusse.

I risultati del progetto hanno anche evidenziato come la combinazione di tecniche di singola cellule e metagenomica sia un approccio potente e sia stato determinante per la ricostruzione di bin genomici di archei noti con il nome di Hadesarchaea. I genomi archeali disponibili nei database pubblici risultano ora enormemente aumentati di numero. La ricerca DARKCELLS sarà utile a ricercatori che studiano la fisiologia degli archei in ambienti diversi e a biologi evolutivi che redigono la storia evolutiva dei tre domini della vita.

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Keywords

Archei, DARKCELLS, Lokiarchaeota, Hadesarchaea, genomica a singola cellula, metagenomica
Numero di registrazione: 190814 / Ultimo aggiornamento: 2017-01-11