Alla scoperta del potenziale nascosto dei microbiomi marini
Ogni litro di acqua di mare contiene miliardi di batteri, virus, fitoplancton e protisti che, insieme, formano complessi microbiomi marini. Queste comunità microscopiche sono alla base degli ecosistemi marini e rappresentano una fonte vasta e in gran parte non sfruttata di enzimi, composti bioattivi e altre molecole preziose. Tuttavia, lo sfruttamento del loro potenziale per applicazioni farmaceutiche e cosmetiche, nonché per il risanamento ambientale, si è tradizionalmente basato su approcci di bio-prospezione che risultano lenti. Tali approcci richiedono inoltre un ingente impiego di risorse e possono esercitare una pressione inutile sugli ecosistemi marini.
Esplorazione più sostenibile della biodiversità marina
L’obiettivo del progetto BLUETOOLS(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, era quello di superare questi limiti riprogettando l’intero percorso di scoperta. Anziché affidarsi principalmente a campionamenti ripetuti e screening di laboratorio su larga scala, il progetto ha combinato campionamenti mirati, metagenomica, innovative strategie di coltivazione in miniatura, bioinformatica e valutazione della sostenibilità in un unico flusso di lavoro interoperabile. «Il nostro obiettivo era quello di ottenere quante più conoscenze possibili da una quantità di materiale molto inferiore. La maggior parte dei campioni analizzati durante il progetto era già presente nelle collezioni dei partner, consentendoci di massimizzare il valore scientifico evitando al contempo inutili disturbi ambientali», spiega il coordinatore del progetto Aurelio Hidalgo. Il consorzio ha generato oltre 1 Tbp (tera di coppie di basi) di dati di sequenza (metagenomici) che potranno continuare a supportare la ricerca futura. Allo stesso tempo, i ricercatori hanno miniaturizzato i test di screening funzionale in goccioline su scala di picolitri, riducendo il fabbisogno di campioni, il consumo di reagenti e i rifiuti di laboratorio. Rispetto allo screening robotico convenzionale, si stima che la nuova piattaforma sia circa 400 volte più efficiente.
Dalla scoperta all’applicazione
Un risultato chiave di BLUETOOLS è stata l’integrazione di tecnologie spesso applicate separatamente in un’unica piattaforma di scoperta di risorse biologiche. L’apprendimento automatico, la biologia sintetica, la microfluidica a goccioline e la bioinformatica avanzata hanno collaborato per identificare e convalidare rapidamente promettenti funzioni biologiche nascoste all’interno di complessi microbiomi marini. I ricercatori hanno identificato oltre 500 enzimi precedentemente sconosciuti con potenziali applicazioni industriali. Questi enzimi potrebbero sostituire i catalizzatori chimici convenzionali per processi biocatalitici più selettivi e rispettosi dell’ambiente. BLUETOOLS ha sviluppato un kit di strumenti metagenomici https://doi.org/10.1093/nar/gkae1115(si apre in una nuova finestra) che ha permesso ai ricercatori di identificare oltre 40 enzimi in grado di degradare i polimeri, otto consorzi microbici capaci di degradare i polimeri e una serie di candidati antimicrobici con potenziali applicazioni nel settore sanitario e nelle tecnologie antivegetative marine. Parallelamente, sono stati individuati oltre 4 000 cluster genici biosintetici candidati che potrebbero rappresentare future fonti di prodotti naturali di valore. Inoltre, sono state sviluppate diverse piattaforme di coltura, che vanno da goccioline microscopiche a bioreattori più grandi, consentendo ai ricercatori di studiare le comunità microbiche in diverse condizioni ambientali.
Un quadro sostenibile per la scoperta di risorse biologiche marine
Al di là delle singole scoperte, BLUETOOLS ha istituito un quadro completo in grado di continuare a sostenere sia la ricerca che l’innovazione industriale anche molto tempo dopo la conclusione del progetto. Il consorzio si sta ora concentrando sulla convalida dei suoi enzimi, geni di resistenza, composti antimicrobici e sistemi di degradazione dei polimeri più promettenti, valutandone al contempo le prestazioni ambientali attraverso l’analisi del ciclo di vita. Questo approccio contribuirà a identificare quali tecnologie offrono reali vantaggi in termini di sostenibilità e dove sia necessaria un’ulteriore ottimizzazione prima della diffusione commerciale. BLUETOOLS dimostra che l’innovazione scientifica può progredire proteggendo al contempo gli ecosistemi oceanici. Trasformando il modo in cui vengono esplorati i microbiomi marini, il progetto offre nuove opportunità per scoprire soluzioni per la salute, l’industria e la sostenibilità ambientale. «La nostra eredità più importante è dimostrare che la futura scoperta di risorse biologiche dovrebbe generare sia valore economico che responsabilità ecologica, ciò che descriviamo come econologia», afferma Hidalgo.
