Biotecnologie innovative per la coltura dei microorganismi marini non coltivati
Le società europee sono chiamate a fare i conti con una serie di sfide globali che vanno dal cambiamento climatico, all’origine di un aumento dei livelli di CO2, alle crisi energetiche e alimentari, che si ripercuotono sempre più spesso sulla vita di tutti i giorni di ognuno di noi. Il 70 % della superficie del nostro pianeta è ricoperta da oceani che ospitano una riserva illimitata e nascosta di vari microbi. Questi microrganismi, che garantiscono l’approvvigionamento alimentare di organismi di livello superiore, come il pesce, sono anche responsabili del cosiddetto effetto di “pompa biologica del carbonio” che contrasta l’aumento dei livelli di CO2 e il riscaldamento globale. In uno scenario caratterizzato da un 99,9 % del numero totale di specie non ancora note e un 90 % di biomassa oceanica microscopica, si rivela estremamente importante cominciare a comprendere il funzionamento di questi processi nel microbioma. In tale contesto, il progetto MACUMBA (Marine microorganisms: Cultivation methods for improving their biotechnological applications), mirava fondamentalmente allo sviluppo di tecniche innovative finalizzate all’isolamento e alla coltura di vari microrganismi microbici marini, tra cui batteri, archei ed eucarioti. “È stata prestata scarsa attenzione sul piano dell’educazione microbiologica all’isolamento e alla coltura dei microrganismi e il progetto MACUMBA è stato, tra le altre cose, una delle iniziative che miravano a dare nuovo slancio a queste abilità e a mettere in luce l’importanza di mantenere i microrganismi nelle collezioni colturali e nelle risorse biologiche destinate alla società,” afferma il prof. Lucas Stal, coordinatore del progetto MACUMBA. La biotecnologia consente di fronteggiare i cambiamenti correlati alle colture La capacità di individuare, riprodurre e campionare le condizioni naturali di microrganismi nascosti e finora sconosciuti rappresentava un’enorme sfida. Il mare rappresenta una risorsa eterogenea costellata da numerosi ambienti diversi. Per affrontare tali sfide, nell’ambito del progetto MACUMBA si è deciso di attuare tecniche di coltura pura e di co-coltura allo scopo di ricercare indizi relativi a nuovi microrganismi, composti e tratti. In passato si riteneva che il metodo migliore per comprendere i microrganismi consistesse nell’esecuzione di colture pure attraverso l’analisi degli acidi nucleici (DNA ed RNA). Tuttavia, oggigiorno questa teoria ha lasciato spazio alla convinzione che i microrganismi non vivono da soli in natura, ma forniscono fattori di crescita essenziali ad altri loro simili. Ciò ha spinto l’iniziativa MACUMBA a utilizzare una gamma completa di tecniche innovative sul microbioma marino. Sono state sviluppate pinzette ottiche per l’isolamento di specifiche cellule da un insieme di singole cellule, insieme a una “Cassetta di sopravvivenza” per la raccolta di cianobatteri per il monitoraggio delle condizioni di crescita complessive, della resilienza e della reazione di tali organismi alle strategie di coltura esterne. “Abbiamo provveduto all’estrazione del DNA e dell’RNA dai microrganismi isolati e ne abbiamo analizzato il genoma e il trascrittoma allo scopo di individuare indizi relativi a tratti specifici. Abbiamo inoltre estratto pezzi di DNA e di RNA dalle co-colture confrontandoli con le colture pure allo scopo di ottenere un indizio sulle reciproche interazioni”, sottolinea il prof. Lucas Stal. Un’altra importante sfida era rappresentata dalla conservazione degli organismi isolati per la quale il team di 22 partner proveniente da 12 paesi dell’UE si è concentrato sulla crioconservazione sotto forma di vapore di azoto liquido (-196 C), attraverso l’utilizzo di vari crioconservanti (tra cui il dimetilsolfossido o DMSO, il glicerolo, il metanolo e altri) e protocolli di congelamento. Il post-MACUMBA I partner del progetto, che si è concluso ufficialmente nel mese di luglio 2016, hanno individuato migliaia di microorganismi a elevata biodiversità, tra cui il batterio acquatico più piccolo al mondo e nuovi metodi e raccolte colturali in tutta Europa. La ricerca di nuove specie e la scoperta dei segreti degli oceani rimangono due grandi sfide moderne. Per sfruttare pienamente il potenziale dei microbi marini e garantirne la disponibilità commerciale, saranno necessari tanti anni di collaborazioni simili. Ciononostante, il prof. Lucas Stal, sulla via del pensionamento, ritiene che tale aspetto segni l’inizio di una nuova era. Oggigiorno, i metodi e le tecniche ideati nell’ambito di MACUMBA rappresentano certamente un primo importante passo avanti verso lo sviluppo futuro di approcci di ricerca simili e ad ampio spettro che condurranno ben presto alla creazione di prodotti farmacologici e biotecnologici.
Parole chiave
MACUMBA, salute, biologia marina, ambiente, società