Un articolo pubblicato sulla rivista “Nature Communications” riporta il primo utilizzo di una tecnica chiamata BONCAT+FACS per isolare i microbi attivi presenti in un campione di suolo. Un team di scienziati guidato dal Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ha adattato una tecnica sviluppata per isolare proteine prodotte nelle cellule per trasformarla in uno strumento che potesse identificare singoli microbi attivi. Ciò aiuterà a conoscere in nuovi dettagli parti di ecosistemi su cui è difficile indagare ottenendo anche informazioni su cicli a vasta scala esistenti nell’ambiente.
Estelle Couradeau, prima autrice dello studio, ha spiegato che il suolo contiene probabilmente le comunità microbiche più diversificate sul pianeta. Ogni grammo di suolo contiene miliardi di cellule appartenenti a decine di migliaia di specie che, tutte assieme, compiono importanti cicli mondiali legati a sostanze nutrienti. Esse costituiscono la spina dorsale degli ecosistemi e un sano microbioma del suolo è la chiave per un’agricoltura sostenibile.
Dal 2009, il Berkeley Lab gestisce ENIGMA (Ecosystems and Networks Integrated with Genes and Molecular Assemblies), un consorzio multi-istituzionale che ha lo scopo di far progredire la nostra comprensione della biologia microbica e l’impatto delle comunità microbiche sui loro ecosistemi. Uno dei grandi problemi in questo tipo di ricerca è che la maggior parte dei microbi del suolo non cresce in laboratorio. Trent Northen di ENIGMA, uno degli autori di questo tudio, ha spiegato che ad esempio i microbiomi che rimuovono i rifiuti dalle riserve sotterranee d’acqua vengono trovati a qualche centinaio di metri sotto la superficie con i conseguenti problemi nel prelievo di campioni. Un altro problema è che in alcuni ecosistemi fino al 95% dei microbi è inattivo in un dato momento.
Tipicamente i microbiologi prelevano campioni dall’ambiente e analizzano il DNA dei microbi trovati. Tuttavia la maggior parte delle tecniche comunemente usate non distingue i microbi attivi da quelli dormienti tra quelli trovati nel suolo e nei sedimenti. Per cercare di rimediare a questo problema, gli autori di questa nuova ricerca hanno adattato una tecnica chiamata BONCAT (Bioorthogonal Non-Canonical Amino Acid Tagging), inventata nel 2006 per ottenere uno strumento che potesse identificare gruppi di microbi marini che vivono in simbiosi in sedimenti oceanici. La tecnica è stata ulteriormente raffinata nella versione chiamata BONCAT Fluorescent Activated Cell Sorting (BONCAT+FACS), in grado di rilevare singoli microbi attivi.
La tecnica BONCAT+FACS si basa sull’uso di un marcatore molecolare fluorescente che si lega a una versione modificata dell’amminoacido metionina. Quando un fluido contenente la metionina modificata viene introdotto in un campione di microbi, quelli attivi sono quelli che stanno creando proteine e in quell’attività incorporeranno la metionina modificata nelle loro cellule. Il processo richiede solo alcune ore perciò può marcare cellule attive anche se non si stanno replicando.
Trent Northen e alcuni altri membri del team che ha condotto questa ricerca erano stati coinvolti anche in una precedente, pubblicata nel gennaio 2018 sulla rivista “Nature Communications”, che aveva lo scopo di cercare di comprendere come comunità di microrganismi possano adattarsi alle biocroste, cioè nelle croste biologiche di suolo in ambienti molto secchi e aridi. Sono tutte ricerche importanti per conoscere un elemento importante degli ecosistemi con conseguenze anche pratiche. Ad esempio, Estelle Couradeau ha parlato delle possibili applicazioni della tecnica BONCAT+FACS al miglioramento dell’agricoltura. Mettendo assieme le competenze di scienziati di varie discipline stiamo imparando a conoscere davvero i segreti del suolo.
