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I cercatori di geni alla ricerca di vita nascosta nelle sorgenti termali

Un progetto pionieristico ha identificato più di 50 milioni di nuovi geni nelle sorgenti calde e nelle bocche idrotermali del Nord Atlantico, offrendo un enorme potenziale per le applicazioni biotecnologiche.

Salute

I prodotti genetici provenienti da virus si sono spesso dimostrati utili per applicazioni di laboratorio, in particolare per l’elaborazione di DNA e RNA. Quattordici istituti di ricerca e laboratori commerciali di otto diverse nazioni hanno collaborato al progetto Virus-X per cercare nuovi geni da aggiungere a questa serie di strumenti. «I geni dei virus rappresentano ancora il più grande spazio di sequenze non sfruttato da esplorare», afferma Arnthor Ævarsson, coordinatore del progetto Virus-X. «Esiste un enorme serbatoio di geni che non abbiamo mai visto prima». Per trovare nuovi geni, i ricercatori hanno raccolto campioni d’acqua, fino a decine di litri alla volta, da siti oceanici in Norvegia e da sorgenti termali in Georgia, Islanda e Giappone. Le località sono state scelte perché gli enzimi che possono funzionare ad alte temperature sono spesso adatti per l’uso in applicazioni di laboratorio. Sono stati inoltre prelevati campioni da siti oceanici alla ricerca di enzimi attivi a temperature più basse. Tutti i campioni sono stati prelevati attraverso una serie di fasi di filtrazione per concentrare la frazione genetica virale e batterica prima che questo materiale fosse sequenziato. «Il concetto fondamentale del nostro approccio è che non utilizziamo metodi convenzionali per cercare di far crescere virus in laboratorio», osserva Ævarsson, un passaggio che richiederebbe l’identificazione e la coltura dei batteri ospiti. «Invece noi isoliamo le sequenze genetiche da campioni ambientali in un approccio basato sulla metagenomica». Ciò è particolarmente importante in quanto una frazione dei geni scoperti è associata ai cosiddetti candidati a rappresentare un fenomeno di radiazione di phyla, un ampio e misterioso gruppo di batteri che non è possibile coltivare​in laboratorio e sono conosciuti solo attraverso questo approccio metagenomico. Una volta che i campioni di geni virali sono stati sequenziati, è stato utilizzato un potente software per mettere insieme questi frammenti in lunghezze coerenti di DNA e RNA. Le sequenze geniche di interesse sono state identificate e innestate in batteri per sintetizzare le proteine​codificate. «Cerchiamo di produrre in quantità sufficienti in modo da poter determinare la struttura tridimensionale utilizzando la cristallografia a raggi X», spiega Ævarsson, ricercatore presso il laboratorio Matis indipendente in Islanda. «Una volta ottenuto questo, abbiamo molte più possibilità di cercare di capire la sua funzione attraverso il confronto strutturale con enzimi noti». I risultati sono ancora in fase di studio, sebbene il team abbia già fatto diverse scoperte importanti che stanno per essere pubblicate. Ma ancora hanno solo scalfito la superficie, con solo alcune centinaia dei circa 50 milioni di geni studiati. «Abbiamo ancora questo tesoro su cui lavorare», afferma Ævarsson. L’impegno di 8 milioni di euro, descritto da Ævarsson come il suo progetto «sogno», è stato interamente finanziato tramite il programma Orizzonte 2020 dell’UE. «Questo supporto è stato assolutamente fondamentale; non puoi realizzare un progetto di queste dimensioni e tanto ambizioso senza un finanziamento adeguato», aggiunge. «È una pipeline lunga, con molte persone coinvolte, con diversi tipi di esperienza a tutti i diversi livelli». Alcuni dei prodotti genetici identificati da Virus-X sono già in fase di sviluppo per uso commerciale e probabilmente raggiungeranno il mercato nei prossimi anni. Per Ævarsson, tuttavia, il brivido sta nella caccia: «C’è così tanto territorio all’interno del viroma che non è mai stato visto», conclude. «È come scoprire nuovi paesi in cui nessuno è mai stato prima».

Parole chiave

Virus-X, gene, Islanda, sorgente, batteri, virale, viroma, metagenomico, candidato, phyla, radiazione

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