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Il segreto è lavorare insieme: così i batteri smontano quasi tutto
Un gruppo di ricercatori dell’ETH di Zurigo, del MIT e di altri istituti ha dimostrato che batteri marini con specializzazioni diverse possono degradare insieme gli zuccheri complessi delle alghe, raggiungendo in laboratorio un’efficienza del 97,1%. Lo studio, pubblicato su Nature e firmato da Andreas Sichert e colleghi, individua un meccanismo attraverso cui il carbonio contenuto in queste molecole diventa accessibile alle comunità microbiche.
Al centro della ricerca ci sono i fucoidani, polisaccaridi prodotti da alghe brune e diatomee. La loro struttura comprende una catena principale ricca di fucosio, uno zucchero, con gruppi solfato e ramificazioni contenenti altri componenti. Questa complessità li rende resistenti alla degradazione microbica e contribuisce alla persistenza del carbonio algale nell’ambiente marino: smontarli richiede attività biochimiche differenti.
Per studiare il processo, gli autori hanno coltivato una comunità batterica proveniente da acqua marina costiera, usando il fucoidano dell’alga bruna Fucus vesiculosus come unica fonte di carbonio. Dopo 12 cicli di crescita e diluizione, le colture arrivavano a degradare circa il 90% del materiale. I ricercatori hanno quindi costruito una collezione di 29 ceppi per confrontarne capacità individuali e interazioni.
Le analisi hanno individuato una divisione del lavoro: alcuni batteri utilizzavano soprattutto il fucosio, altri erano più efficaci sugli zuccheri delle ramificazioni. Tra i degradatori più efficienti studiati singolarmente, i ceppi V4, V25 e V69 raggiungevano rispettivamente il 69%, il 59% e il 53% di degradazione totale. Coltivare insieme V4 e V69 portava invece il risultato al 93%.
Il meccanismo è stato verificato anche separando e purificando il fucoidano rimasto dopo la crescita di singoli ceppi. Altri batteri riuscivano a utilizzare quei residui: la lavorazione iniziale rendeva accessibili legami prima difficili da raggiungere. La sinergia nasceva dunque da enzimi complementari, senza richiedere un contatto diretto fra le cellule o uno scambio di piccole molecole nutritive.
Estendendo gli esperimenti, il gruppo ha provato tutte le 127 combinazioni possibili di sette degradatori selezionati. Una comunità di cinque ceppi ha raggiunto il 97,1% di degradazione. Gli autori hanno inoltre sviluppato un modello capace di prevedere i risultati delle comunità a partire dalle capacità dei batteri di utilizzare fucosio e altri zuccheri, verificandolo anche su fucoidani con strutture differenti.
Il confronto con 12.347 metagenomi oceanici, raccolte di materiale genetico delle comunità marine, ha identificato 1.632 specie potenzialmente capaci di degradare questi polisaccaridi. La presenza congiunta di microrganismi con funzioni complementari suggerisce che il meccanismo possa operare diffusamente in mare, ma non misura direttamente la velocità del processo nell’ambiente naturale. Gli autori propongono inoltre di utilizzare queste conoscenze per progettare comunità microbiche destinate alla degradazione di polisaccaridi resistenti.
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