I plasmidi nei microbi antartici

L'Antartide è un laboratorio naturale per studiare il piccolo numero di specie vegetali e animali che vivono in comunità. La vita microbica gioca un ruolo vitale negli ecosistemi antartici. Metodi genetici all'avanguardia per lo studio del DNA di questi microbi possono portare a scoperte che aiuterebbero nella produzione di nuovi antibiotici e altri composti. In Antartide si trovano alcune delle creature più sorprendenti del pianeta. È anche un potente laboratorio naturale per studiare la biodiversità, l'evoluzione e gli impatti del cambiamento climatico. Scoraggiati dal resto del pianeta, l'isolamento dell'Antartide e il suo clima freddo hanno permesso l’ evoluzione di alcune specie uniche. Coperto di ghiaccio e neve, l'Antartide è il continente più cupo, più freddo ma al contempo il più vivo della Terra. Poco della sua superficie terrestre può sostenere la vita, in modo che le comunità di piante e animali che sopravvivono sono solo un piccolo numero di specie che vivono in rapporti semplici. Per la semplicità di queste comunità, l'Antartide è un luogo eccezionalmente utile per scoprire come funzionano gli ecosistemi. Alcune delle creature in queste comunità sono particolarmente interessanti. Conosciuti come nematodi, i loro antenati sopravvivevano in piccole aree di terra rimaste scoperte durante le ultime ere glaciali, più di un milione di anni fa. Studiando i nematodi, gli scienziati del British Antarctic Survey (BAS) possono aumentare la comprensione dell'evoluzione e aiutare a ricostruire la storia glaciale dell'Antartide. A differenza della terra, i mari attorno all'Antartide ospitano un gruppo ricco e diversificato di specie evolute, secondo alcuni modi unici di affrontare il freddo. Alcuni pesci antartici, per esempio, sono i soli vertebrati del mondo che non usano le cellule del sangue rosso per trasportare ossigeno nei loro corpi. Per essere così adattati al freddo, alcune di queste specie potrebbero non essere in grado di affrontare la vita in un mondo più caldo. Il cambiamento climatico potrebbe avere un impatto importante sulle specie antartiche. Dalle stazioni di ricerca su e intorno alla penisola Antartica, gli studiosi di BAS sono disposti a studiare come queste specie stiano rispondendo ai cambiamenti climatici. Sappiamo parecchio sulle piante e gli animali del continente e, invece sappiamo pochissimo della vita microbica dell'Antartide. Questi organismi svolgono un ruolo vitale negli ecosistemi antartici e, possono aiutare a produrre nuovi antibiotici e altri composti, sono ricchi ma allo stato attuale sono solo una risorsa non utilizzata. Al BAS, si stanno utilizzando metodi genetici all'avanguardia per studiare il DNA di questi microbi e, si spera , di poter sfruttare al più presto il loro potenziale.

Pesce antartico : Chaenocephalus aceratus

I vermi nematodi sono uno dei più importanti gruppi faunistici del suolo in Antartide ma, si sa poco sulla loro più ampia distribuzione, biogeografia e storia nella regione, e le informazioni tassonomiche rimangono confuse o incomplete. La fauna di Alexander Island (Antartide marittima meridionale) includa elementi che sono sopravvissuti (almeno) al periodo della glaciazione del Pleistocene in situ, formando un centro regionale di endemismo e anche un hotspot di biodiversità. Le indagini nematologiche sono state effettuate su un determinato gradiente latitudinale lungo la penisola antartica meridionale, confrontando i dati ottenuti con la fauna marittima antartica descritta nei pochi studi precedenti, tra la baia di Marguerite settentrionale e le isole Orcadi meridionali . In generale, questa ricerca viene supportata da precedenti scoperte di una mancanza di sovrapposizione a livello di specie tra le zone biogeografiche oceaniche marittime e continentali, con la grande maggioranza di esemplari ottenuti da tutti i siti di indagine attribuibili a noti marittimi o taxa nuovi e attualmente endemici. Tuttavia, le collezioni di Alexander Island, Alamode Island e il sito più occidentale campionato, di Charcot Island, includono esemplari morfologicamente molto vicini a due specie continentali dell'Antartide, e potrebbero indicare un legame tra le due regioni. La fauna ottenuta nei siti di studio settentrionali (Adelaide Island, Marguerite Bay) corrisponde strettamente a quella descritta in precedenza. In contrasto con i modelli ampiamente descritti di diversità decrescente in altri biota antartici, la ricchezza di specie è aumentata marcatamente in località su Alexander Island , includendo un elemento sostanziale di specie non descritte (50% di taxa in tutte le località, 40% di taxa trovato su Alexander Island). Infine, i campioni più meridionali ottenuti, dai nunatak dell'entroterra di Ellsworth Land , indicano una fauna che non include i nematodi, fatto eccezionale non solo in un contesto antartico ma anche per i suoli in tutto il mondo.

Un plasmide infetta i microbi della stessa specie e si replica nei nuovi ospiti

Gli scienziati dell’università del New South Wales (Unsw) studiando i microbi in alcuni dei laghi più salati dell’Antartide, hanno scoperto un nuovo modo utilizzato da questi piccoli organismi per condividere il DNA (plasmidi)

Trasferimenti di plasmidi

che potrebbe averli aiutati a crescere e sopravvivere.

Con lo studio basato  su 18 mesi di campionamento dell’acqua in remote località antartiche, anche durante il freddissimo inverno antartico, si potrebbe fare nuova luce sulla storia evolutiva dei virus.

Il team della Unsw ha inaspettatamente scoperto un ceppo di microrganismi amanti del sale antartico contenente plasmidi: piccole molecole di DNA che possono replicarsi indipendentemente in una cellula ospite e che spesso contengono geni utili a un organismo.

«Mentre i virus hanno una struttura protettiva di natura proteica chiamata capside, i plasmidi sono pezzi di DNA ‘nudi’, e generalmente si muovono da cellula a cellula per contatto, o almeno questo è ciò che si credeva finora. I plasmidi trovati nei microbi antartici, denominati pR1SE, si proteggono come i virus grazie a una vescicola, costituita dalle stesse proteine che si trovano nella membrana dell’ospite. Una volta rilasciata dagli Archea, la vescicola permette al plasmide di infettare microbi della stessa specie, in cui non siano già presenti altri plasmidi e, quindi, di replicarsi nei nuovi ospiti ».

“Susanne Erdmann sottolinea che è la prima volta che questo meccanismo è stato documentato. Potrebbe essere un precursore evolutivo di alcuni degli involucri protettivi più strutturati che i virus hanno sviluppato per aiutarli a diffondersi e diventare degli invasori di successo. La constatazione suggerisce come alcuni virus potrebbero essersi evoluti dai plasmidi»

I microbi antartici studiati dai ricercatori sono chiamati haloarchaea

Haloarchea

, noti per essere promiscui, dato che si scambiano rapidamente il DNA tra di loro. Possono sopravvivere nel Deep Lake, un lago profondo 36 metri, così salato da rimane allo stato liquido fino a meno di 20 gradi di temperatura. Il lago, si trova a circa 5 chilometri dalla stazione antartica australiana Davis, e si è formato circa 3500 anni fa.

Microbi haloarchaea contenenti i plasmidi erano già stati isolati da campioni di acqua molto rari raccolti alle isole Rauer, circa a 35 km dal Deep Lake.

Deep Lake

« Si è anche scoperto che i plasmidi potrebbero prendere un po’di DNA dal microbo ospitante, integrarlo nel proprio DNA, produrre vescicole a membrana intorno a se stessi e poi mandarle a infettare altre cellule. I risultati sono quindi rilevanti per la scienza antartica e per la biologia nel suo insieme».