La scoperta di un microrganismo 3 in 1 sconvolge i libri di testo

Lo studio dei microrganismi rilevanti dal punto di vista ambientale mostra una maggiore diversità di quanto precedentemente ipotizzato

Un team di ricercatori ha dimostrato che in natura esiste una biodiversità incredibilmente elevata di microrganismi rilevanti per l’ambiente. Questa diversità è almeno 4,5 volte maggiore di quanto precedentemente noto. I ricercatori hanno recentemente pubblicato i loro risultati su riviste prestigiose Comunicazioni sulla natura e revisioni microbiologiche FEMS.

Il mondo nascosto dei microrganismi viene spesso trascurato, sebbene molti processi legati al clima siano influenzati dai microrganismi, spesso associati a una sorprendente diversità di organismi. Classificare All’interno dei gruppi di batteri e archaea (“archaebatteri”). Ad esempio, i microrganismi che riducono i solfati convertono un terzo del carbonio organico presente nei sedimenti marini in anidride carbonica. Questo produce idrogeno solforato tossico. Il lato positivo è che i microrganismi ossidanti lo zolfo lo utilizzano rapidamente come fonte di energia e lo rendono innocuo.

“Questi processi svolgono un ruolo importante anche nei laghi, nelle paludi e persino nell’intestino umano per mantenere l’equilibrio e la salute della natura”, afferma il professor Michael Bester, capo del dipartimento di microrganismi presso il Leibniz DSMZ e professore presso l’istituto. Microbiologia presso l’Università Tecnica di Braunschweig. Uno studio ha esaminato più dettagliatamente il metabolismo di uno di questi nuovi microrganismi, rivelando una multifunzionalità prima irraggiungibile.

È stata scoperta una grande diversità di specie di microrganismi che riducono i solfati. I riduttori di solfato si trovano ora in un totale di 27 phyla all’interno dei batteri e degli archaea invece dei sei precedentemente conosciuti. Credito: DSMZ

Equilibrio critico del ciclo dello zolfo

Il ciclo dello zolfo è uno dei cicli biogeochimici più importanti e antichi del nostro pianeta. Allo stesso tempo, è strettamente correlato ai cicli del carbonio e dell’azoto, il che ne sottolinea l’importanza. È principalmente gestito da microrganismi che riducono i solfati e ossidano lo zolfo. A livello globale, i riduttori di solfati deviano circa un terzo del carbonio organico che raggiunge ogni anno il fondale marino. Al contrario, gli ossidanti dello zolfo consumano circa un quarto dell’ossigeno nei sedimenti marini.

Quando questi ecosistemi perdono l’equilibrio, le attività di questi microrganismi possono portare rapidamente all’esaurimento dell’ossigeno e all’accumulo di idrogeno solforato tossico. Ciò crea “zone morte” in cui animali e piante non possono più sopravvivere. Ciò provoca non solo danni economici, ad esempio alla pesca, ma anche danni sociali distruggendo importanti aree ricreative locali. È quindi importante capire quali microrganismi mantengono l’omeostasi del ciclo dello zolfo e come lo fanno.

I risultati pubblicati mostrano che la diversità delle specie di microrganismi solfato-riduttori comprende almeno 27 phyla (ceppi). In precedenza si conoscevano solo sei phyla. In confronto, ci sono 40 phyla attualmente conosciuti nel regno animale Vertebrati Appartiene ad un solo phylum, Chordata.

Una rappresentazione schematica della degradazione della pectina vegetale, tramite riduzione del solfato o respirazione di ossigeno nei batteri acidofili recentemente scoperti. Credito: DSMZ

Specie batteriche multifunzionali recentemente scoperte

I ricercatori sono stati in grado di mappare uno di questi nuovi “riduttori di solfato” nel phylum poco studiato degli Acidobatteri e lo hanno studiato in un bioreattore.

Utilizzando i metodi più recenti della microbiologia ambientale, sono stati in grado di dimostrare che questi batteri possono ottenere energia dalla riduzione dei solfati e respirare ossigeno. Questi due percorsi di solito si escludono a vicenda in tutti i microrganismi conosciuti. Allo stesso tempo, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che gli acidobatteri solfato-riduttori possono scomporre i carboidrati vegetali complessi come la pectina, un’altra proprietà precedentemente sconosciuta dei “riduttori di solfato”.

I ricercatori hanno così ribaltato le conoscenze dei libri di testo. Hanno dimostrato che i composti vegetali complessi possono essere degradati in condizioni di esclusione dell’ossigeno, non solo attraverso un’interazione coordinata tra diversi microrganismi, come si pensava in precedenza, ma anche da una singola specie batterica attraverso una scorciatoia.

Il Dr. Stefan Dyskma (a sinistra) e il Prof. Dr. Michael Bester accanto a un bioreattore nella DSMZ, dove si possono studiare nuovi “riduttori di solfato”. Credito: DSMZ

Un’altra nuova scoperta è che questi batteri possono utilizzare solfato e ossigeno per questo scopo. I ricercatori del DSMZ e dell’Università Tecnica di Braunschweig stanno attualmente studiando come le nuove scoperte influenzano l’interazione tra i cicli del carbonio e dello zolfo e come si collegano ai processi legati al clima.

Riferimenti:

“Respirazione dell’ossigeno e degradazione dei polisaccaridi da parte di batteri acidofili solfato-riduttori” di Stefan Dijksma e Michael Bester, 10 ottobre 2023, Comunicazioni sulla natura.
doi: 10.1038/s41467-023-42074-z

“Diversità globale ed ecofisiologia dedotta di microrganismi con potenziale divergente di solfati/solfati” di Mohi Diao, Stefan Dijksma, Elif Koksoy, David Kamanda Ngugi, Karthik Anantharaman, Alexander Lowe e Michael Bester, 5 ottobre 2023, Recensioni di microbiologia FEMS.
doi: 10.1093/femsre/fuad058