Nuovi studi genetici potrebbero svelare i segreti dei microorganismi marini

Il 50% dell’ossigeno che respiriamo proviene da microbi oceanici. Eppure questi piccoli organismi marini sono rimasti in gran parte un mistero per la scienza. Ora, grazie agli sforzi di oltre 100 ricercatori in tutto il mondo, gli scienziati hanno trovato il modo di sbloccare i genomi di una manciata di queste creature ingegnerizzando geneticamente il loro DNA.

Lo studio “promuoverà i progressi nella biologia del plancton”, afferma Angela Falciatore, biologa marina con il CNRS. Questi progressi potrebbero far luce sull’evoluzione precoce della vita e potenzialmente portare anche a nuovi antibiotici, afferma.

Il plancton è la vita invisibile che a volte colora i nostri oceani di blu, verde e persino rosso. Alcuni di questi plancton sono organismi monocellulari chiamati protisti che, come le piante, usano la luce per trasformare l’anidride carbonica in ossigeno. I protisti non solo ci aiutano a respirare, ma costituiscono anche la base della “rete alimentare” dell’oceano. Servono da cibo per il plancton più grande, che a sua volta diventa cibo per creature ancora più grandi come invertebrati e pesci.

“Esistono moltissimi protisti inesplorati con un impatto enorme su questi ecosistemi”, afferma Peter Kroth, un biologo algale dell’Università di Costanza.

Modificando i geni dei microorganismi sarà possibile scoprire nuovi antibiotici

Nel 2015, la Gordon and Betty Moore Foundation ha fornito ai ricercatori 8 milioni di dollari per colmare questo divario di conoscenza. Studi su animali, piante, lieviti e batteri hanno dimostrato che quando gli scienziati modificano i geni di un organismo, scoprono indizi su come funzionano quei geni – e gli stessi organismi. Alla fine i premiati hanno unito le loro competenze e approfondimenti, scegliendo una gamma di 39 specie su cui lavorare.

Il passo successivo è stato capire come far crescere ogni specie in quantità sufficienti con cui lavorare. I ricercatori hanno testato diverse combinazioni di nutrienti e temperature con ciascuno per vedere cosa funzionava meglio.

Quindi, per esplorare i geni, gli scienziati hanno dovuto provare a inettare del DNA estraneo in loro, qualcosa che raramente era stato fatto prima. Hanno scoperto che a volte inserire minuscole particelle di oro o tungsteno ricoperte di DNA era più efficace per far passare il DNA attraverso la membrana cellulare. Altre volte, i ricercatori hanno usato l’elettricità in modo che il DNA potesse penetrare. Il passo successivo è stato far sì che il DNA facesse parte del genoma, o almeno che fosse tradotto in una proteina.

A volte il gene entrava e iniziava a produrre proteine. Ma a volte le difese del protista lo distruggevano. In altri casi, i ricercatori hanno scoperto che gli enzimi che in genere si usa per l’ingegneria genetica non funzionavano alle basse temperature in cui vivono alcuni dei protisti, quindi hanno dovuto trovare nuovi enzimi.

Tutto sommato, gli scienziati sono stati in grado di aggiungere geni a 13 specie. Tra questi un protista che uccide i pesci con le sue tossine e uno che infetta anche i molluschi e gli anfibi, così è stato riportato su Nature Methods. Il documento rappresenta anche un importante primo passo, afferma Falciatore, poiché è ancora molto difficile modificare geneticamente alcune di queste specie.

Il lavoro dovrebbe anche aiutare a rivelare come funzionano i protisti. Modificando il loro DNA e monitorando come cambiano il comportamento, la funzione o la biochimica dei protisti, i ricercatori stanno iniziando a imparare cosa fanno questi geni. I geni che influenzano la capacità dei protisti di combattere i batteri, ad esempio, possono codificare proteine ​​che potrebbero portare a nuovi antibiotici per le persone. Il lavoro porterà ovviamente anche nuove scoperte sull’evoluzione dei protisti. Kroth ha riferito: “Il mio laboratorio ne trarrà sicuramente beneficio”.