Il ruolo dei microbi di acqua dolce nel degrado della materia umica
Le sostanze umiche (HS) includono una miscela di polimeri complessi formatisi nel terreno, nei sedimenti e nelle acque naturali come risultato della trasformazione biochimica e fisico-chimica della biomassa vegetale: tale processo è detto umificazione. Negli ecosistemi d'acqua dolce le HS sono un'importante fonte di carbonio ed energia, e forniscono fino all'80 % della riserva totale di carbonio organico disciolto (DOC). Il progetto HUMADE ("Structural and functional biodiversity of humic matter degrading freshwater microbial communities") ha analizzato quali enzimi vengono utilizzati dai microrganismi per decomporre le HS nell'ecosistema d'acqua dolce. Si presupponeva che le HS non potessero essere decomposte da reazioni semplici, bensì richiedessero una grande quantità di diversi enzimi. I partner del progetto hanno studiato le comunità microbiche in due diversi laghi situati nella stessa area nel nord-est della Germania. Il lago Stechlin è grande ma poco produttivo in termini di materia organica formata, e ha un basso contenuto di DOC. Al contrario il lago Grosse Fuchskuhle è un piccolo e poco profondo corpo d'acqua situato in prossimità di una torbiera, ed è quindi caratterizzato da alte concentrazioni di DOC. Gli scienziati hanno estratto acidi nucleici da campioni prelevati da entrambi i laghi e li hanno studiati utilizzando una tecnologia di campionamento di prossima generazione, al fine di permettere un'analisi comparativa tra habitat aerobico e anaerobico. I biologi hanno anche sequenziato i genomi di isolati batterici ritenuti coinvolti nella conversione delle HS. I campioni di batteri includevano un isolato genetico del gene Polynucleobacter dal lago Grosse Fuchskuhle e due isolati genetici del gene Sphingomonas dal lago Stechlin. Il Polynucleobacter è estremamente abbondante in acqua dolce, e può tollerare la radiazione ultravioletta e le specie reattive dell'ossigeno (ROS) prodotte in seguito alla reazione fotolitica della materia organica, incluse le HS. Entrambi gli isolati di Sphingomonas hanno mostrato una degradazione attiva delle HS negli esperimenti di laboratorio, e sembravano in grado di effettuare fotosintesi aerobica anossigenica, in cui l'energia della luce viene catturata e convertita in adenosintrifosfato (ATP) senza che sia prodotto ossigeno, in presenza di ossigeno. Questa fonte di energia potrebbe essere una soluzione affinché questi organismi acquisiscano ulteriore energia per la degradazione dei polimeri complessi. I risultati del progetto HUMADE hanno fornito una descrizione dettagliata della diversità e dell'attività microbiche coinvolte nel ciclo delle HS in acqua dolce. Il lavoro aiuterà così gli scienziati a comprendere i meccanismi biologici coinvolti nella degradazione dei polimeri complessi negli ambienti d'acqua dolce.