È stato pubblicato su PLOS Biology il primo grande risultato di “100 Diatom Genomes”, il più ambizioso progetto internazionale mai realizzato per il sequenziamento dei genomi delle diatomee, un gruppo di microalghe fondamentali per gli ecosistemi acquatici e per il funzionamento del ciclo globale del carbonio. Alla ricerca partecipa anche la Stazione Zoologica Anton Dohrn, con un gruppo composto da otto ricercatori, impegnati insieme a una rete scientifica internazionale nella realizzazione di una delle più vaste raccolte di informazioni genetiche mai dedicate a questi organismi microscopici. Il progetto, coordinato da Thomas Mock dell’Università dell’East Anglia, coinvolge oltre 100 scienziati provenienti da 11 Paesi e circa 30 istituti di ricerca internazionali, con l’obiettivo di analizzare il patrimonio genetico di 100 specie di diatomee per comprendere meglio la loro storia evolutiva, le capacità di adattamento e il ruolo che svolgono negli ambienti naturali.
Il Dna delle diatomee per comprendere l’evoluzione della vita negli oceani
Le diatomee sono tra gli organismi fotosintetici più importanti presenti sul pianeta. Vivono principalmente negli oceani, ma sono diffuse anche nelle acque dolci e negli ambienti terrestri umidi, dove contribuiscono alla produzione di materia organica e alla regolazione degli equilibri ambientali. I primi dati emersi dal progetto mostrano che le diverse linee evolutive delle diatomee possiedono genomi molto differenti per dimensioni e organizzazione, caratteristiche che risultano strettamente collegate alla complessità del loro metabolismo e alla varietà delle loro strutture cellulari. L’analisi comparata di questi genomi consentirà di ricostruire con maggiore precisione la storia evolutiva di un gruppo biologico che, nel corso di milioni di anni, ha sviluppato strategie straordinarie per adattarsi a condizioni ambientali molto diverse. Attraverso il sequenziamento sarà possibile individuare i meccanismi genetici che hanno permesso alle diatomee di diventare uno dei gruppi microbici di maggior successo sulla Terra, comprendendo quando e come siano nate innovazioni fondamentali dal punto di vista morfologico e fisiologico.
Un ruolo decisivo nella cattura della CO₂ e nel ciclo del carbonio
Uno degli aspetti più rilevanti della ricerca riguarda il contributo delle diatomee al sequestro della CO₂. Grazie alla fotosintesi, queste microalghe assorbono grandi quantità di anidride carbonica contribuendo alla regolazione del ciclo globale del carbonio e alla riduzione della presenza di CO₂ nell’atmosfera. Wiebe Kooistra sottolinea l’importanza della nuova banca dati genetica ottenuta attraverso il progetto: “i genomi di queste diatomee, selezionati nell’ambito della loro ampia diversità, permettono di tracciare la loro storia evolutiva con estrema precisione. Ciò consentirà di scoprire quando e come le innovazioni morfologiche e fisiologiche hanno permesso alle diatomee di diventare uno dei gruppi microbici oggi di maggior successo sulla Terra. Oggi, le diatomee sono abbondanti nel fitoplancton degli oceani di tutto il mondo, nelle acque dolci e persino nei terreni umidi. Di fatto, le diatomee costituiscono un importante gruppo di organismi che sequestra CO₂, contribuendo a ridurre la quantità di CO₂ che l’umanità rilascia nell’atmosfera”. Lo studio dei loro genomi potrà quindi offrire nuove informazioni sui processi naturali che regolano gli ecosistemi acquatici e sul modo in cui questi organismi rispondono ai cambiamenti ambientali.
La Stazione Zoologica Anton Dohrn protagonista nella genomica delle diatomee
La partecipazione della Stazione Zoologica Anton Dohrn si inserisce in un percorso di ricerca iniziato già negli anni passati, quando l’istituto napoletano fu tra i pionieri nello studio genomico delle diatomee. Mariella Ferrante ricorda il percorso scientifico che ha portato alla partecipazione al progetto internazionale: “negli scorsi anni, siamo stati pionieri della genomica delle diatomee, sequenziando due specie del Golfo di Napoli, quando era ancora tecnicamente difficile. Ora sfruttiamo le nuove tecnologie per studiare la genetica di una gamma molto più ampia di specie e creare una vasta raccolta di informazioni genetiche e dati biologici sulle diatomee, che sono tra gli organismi fotosintetici microscopici più importanti al mondo”. Le nuove tecnologie di sequenziamento hanno permesso di ampliare enormemente la quantità di informazioni disponibili, trasformando lo studio delle diatomee da analisi limitate a singole specie a una visione globale della loro biodiversità genetica.
Dalle microalghe nuove opportunità per biotecnologie e industria sostenibile
Oltre al valore scientifico legato alla comprensione degli ecosistemi, il progetto 100 Diatom Genomes apre prospettive importanti anche nel settore delle biotecnologie. Le diatomee rappresentano infatti una fonte naturale di numerose molecole di interesse, tra cui acidi grassi omega-3, pigmenti, metaboliti secondari, terra di diatomee (silice) e composti utilizzabili per la produzione di bio-olio e biocarburanti. Giovanna Romano evidenzia il potenziale applicativo delle informazioni raccolte: “le diatomee sono una ricca fonte di prodotti preziosi come acidi grassi omega-3, vari pigmenti e metaboliti secondari, terra di diatomee (silice) e bio-olio per la produzione di biocarburanti. I loro genomi sequenziati rivelano i meccanismi alla base di queste caratteristiche, aprendo la strada a una biotecnologia basata sulle diatomee più produttiva, efficiente e sostenibile”. L’identificazione dei geni responsabili di queste caratteristiche potrebbe consentire in futuro lo sviluppo di nuovi prodotti, il miglioramento di processi industriali e la creazione di soluzioni innovative attraverso strumenti come ingegneria genetica e biologia sintetica.
Il grande archivio genetico per scoprire nuovi processi biologici
Il progetto coinvolge una vasta comunità scientifica che mette in campo competenze multidisciplinari: i ricercatori forniscono colture di diatomee, sequenziano i loro genomi e collaborano all’interpretazione delle informazioni contenute nel Dna. Un esempio significativo arriva dallo studio del genoma particolarmente grande di Thalassiosira gravida, precedentemente conosciuta come T. rotula. Valeria Di Dato spiega: “il sequenziamento del genoma particolarmente grande di Thalassiosira gravida (precedentemente nota come T. rotula) nell’ambito del Progetto 100 Diatom Genomes ci permette di scoprire le vie di produzione di diversi metaboliti secondari, migliorando ulteriormente la nostra comprensione del signalling chimico tra cellule di diatomee”. Queste informazioni permetteranno di approfondire i meccanismi attraverso cui le cellule comunicano tra loro e interagiscono con gli organismi presenti negli stessi ambienti.
Un progetto internazionale finanziato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti
Il progetto “100 Diatom Genomes” è finanziato dal Joint Genome Institute (JGI) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, che sostiene la ricerca sulle alghe per il loro potenziale nel campo della bioenergia e per il ruolo che questi organismi svolgono nel ciclo dei nutrienti. La pubblicazione dei primi risultati su PLOS Biology rappresenta un passaggio fondamentale verso una conoscenza più completa delle diatomee, organismi invisibili a occhio nudo ma essenziali per gli equilibri della Terra. La nuova grande banca dati genetica potrà diventare uno strumento di riferimento per la ricerca futura, offrendo nuove chiavi di lettura sull’evoluzione della vita microscopica, sulla capacità degli organismi di adattarsi ai cambiamenti ambientali e sulle possibili applicazioni sostenibili della biologia marina.
