I laghi alpini rivelano l’importanza dei virus nell’ambiente d’acqua dolce
I virus sono tra le entità biologiche più abbondanti sulla Terra ed è possibile trovarli in una vasta gamma di habitat, inclusi fiumi e laghi, e in alcuni degli ambienti più ostili. Hanno un impatto sulle comunità batteriche e possono influenzare le loro dinamiche evolutive, i processi di mineralizzazione, il trasferimento di energia attraverso livelli trofici e le emissioni di gas a effetto serra. Nonostante il controllo di importanti processi ecologici nei sistemi acquatici, i fattori che governano le dinamiche della comunità virale e le funzioni ecologiche nelle acque dolci sono ancora poco conosciuti. Il progetto metaVir-Alp con il supporto del programma Marie Skłodowska-Curie ha affrontato questo divario di conoscenze, concentrandosi sulle comunità virali in acque dolci, che sono particolarmente rilevanti per la regione alpina e altre zone dell’UE. Gli scienziati hanno caratterizzato la diversità genetica, la struttura e la funzione delle comunità virali e batteriche nei sistemi d’acqua dolce lungo un gradiente altitudinale combinando metagenomica, microbiologia e calcolo avanzato. «Abbiamo utilizzato laghi alpini a rischio come sistema modello», spiega la dott.ssa Federica Pinto, coordinatrice del progetto. «In particolare, ci siamo concentrati su quattro sedimenti lacustri che sono punti caldi del ciclo del carbonio a causa della grande deposizione di carbonio derivante dal terreno e del degassamento dei gas serra». Indagine approfondita del viroma È stata eseguita una sessione di pre-campionamento per implementare e convalidare i protocolli per le varie fasi, inclusa la raccolta dei campioni, la generazione di campioni arricchiti con virus e la preparazione della libreria del viroma. La seconda fase prevedeva altre due sessioni sul campo che hanno consentito ai ricercatori di creare un set di dati completo con dati fisico-chimici e profili di abbondanza virale e microbica per ogni lago. Gli scienziati hanno anche generato una banca di DNA di 34 comunità microbiche e 34 virali con l’ausilio del sequenziamento ad alte prestazioni. «Questi due ampi set di dati che si espandono sulle dimensioni spaziale e temporale dei laghi sono estremamente utili per sostenere gli studi attuali e futuri delle comunità microbiche e virali d’acqua dolce dei laghi alpini», spiega la dott.ssa Pinto. I risultati hanno dimostrato che la scelta delle dimensioni dei pori dei filtri è importante quando si utilizza la filtrazione come metodo di arricchimento virale per il sequenziamento ad alte prestazioni. Inoltre, poiché i campioni arricchiti di virus contenevano una porzione significativa di taxa microbici, è necessario prestare particolare attenzione alla fase di pre-elaborazione computazionale dei metagenomi prima di ogni ulteriore analisi. Queste limitazioni negli studi sui viromi sono state convalidate in set di dati pubblici in cui le distorsioni erano ancora più forti. Il viroma si riferisce alla raccolta di acidi nucleici, sia RNA che DNA, che costituiscono la comunità virale associata a uno specifico ecosistema. «I nostri risultati forniranno quindi la base per indagini future sul viroma più informate e accurate», afferma la dott.ssa Pinto. Nuovi genomi microbici studiati Inoltre, lo sviluppo di una pipeline metagenomica computazionale virale-specifica consentirà la caratterizzazione di nuovi gruppi virali e la comprensione della struttura dell’assemblaggio virale in ambienti naturali. Gli scienziati hanno anche caratterizzato geneticamente il Cyanobacteria Tychonema bourrellyi. Questa importante specie può produrre neurotossine nocive per la salute umana e animale. Inoltre, sono stati recuperati e assemblati tre nuovi genomi microbici di potenziali simbionti di organismi cianobatterici. metaVir-Alp sarà utile a microbiologi, bioinformatici e limnologi, producendo il primo database metagenomico sulle comunità virali nei sedimenti d’acqua dolce, integrando sia i campioni dei nuovi progetti che i pochi campioni disponibili in letteratura. «In questo modo si aprirà la strada a nuove ricerche sia nella microbiologia di base che applicata nelle acque dolci e si colmerà una lacuna nella virologia ambientale producendo un prezioso database di sequenze di viromi», conclude la dott.ssa Pinto.
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