I microbi marini svolgono un ruolo importante nella produttività e nel funzionamento dei nostri oceani, ma gli scienziati che studiano il loro comportamento devono affrontare molte sfide.

Gli strumenti oceanografici tradizionali campionano grandi volumi di acqua di mare (fino a decine di litri) ma le interazioni microbiche avvengono su una scala di microlitri.

Ingegneri e microbiologi in Australia, gli Stati Uniti e la Svizzera hanno formato una partnership unica per superare queste limitazioni. Il team ha sviluppato un dispositivo che consente agli ecologi microbici di studiare il comportamento microbico nel loro ambiente naturale.

Il nuovo dispositivo sfrutta i recenti progressi nella microfabbricazione e nelle tecniche microfluidica che apre anche una serie di possibilità per la ricerca biomedica e il biomonitoraggio della qualità dell'acqua. Lo sviluppo, test e primi risultati sul campo del dispositivo, noto come saggio di chemiotassi in situ (ISCA), sono stati pubblicati in Microbiologia della natura .

"Finora non c'è stato davvero alcun modo per sondare il comportamento dei microbi marini nei confronti di determinate sostanze chimiche in situ, ", afferma il microbiologo marino e co-autore principale, il dott. Jean-Baptiste Raina.

Dottor Raina, dal Climate Change Cluster presso l'Università di Technoloy Sydney (UTS), dice che proprio come alcune persone sono attratte dall'odore del cibo o dei profumi, i microbi sono attratti da sostanze chimiche specifiche.

"Questo comportamento si chiama chemiotassi ed è importante perché l'acqua di mare non è omogenea. Il mondo su microscala in cui vivono i microbi è incredibilmente irregolare, con una serie di processi che portano a punti caldi dei nutrienti, ed è in questi microambienti che si svolge tutta l'azione microbica".

L'ingegnere del MIT Ben Lambert, anche un co-autore principale, dice, "Con l'ISCA stiamo davvero aprendo la porta per poter interrogare questo comportamento nell'ambiente naturale. I nostri risultati iniziali hanno dimostrato che la chemiotassi avviene tra i microbi marini e questo convalida molti anni di esperimenti di laboratorio e ipotesi avanzate su questo comportamento nell'oceano."

L'ISCA è uno dei primi dispositivi sperimentali a coniugare la microingegneria con le analisi genomiche e chimiche nell'ambiente naturale. Il dispositivo monouso, delle dimensioni di una carta di credito, è realizzato con materiali inerti ed è costituito da serbatoi di dimensioni microlitri. Questi possono essere riempiti con diverse sostanze chimiche che poi si diffondono nell'acqua di mare circostante.

I microbi possono rispondere a una specifica sostanza chimica utilizzando la chemiotassi per nuotare nel pozzo. I ricercatori possono recuperare il contenuto del serbatoio e contare quanti microbi rispondono a una determinata sostanza chimica, nonché determinarne l'identità e la funzione.

Professore Romano Stocker, che ha aperto la strada alla tecnologia microfluidica ambientale, afferma che il dispositivo sfrutta i rapidi progressi nella stampa 3D ed è progettato per essere robusto, facile da realizzare e facile da usare.

"Ciò significa che sarà accessibile a un'ampia base di utenti e non richiede una formazione approfondita. Questo è un aspetto critico del design se speriamo di avere una forte adozione da parte degli scienziati in tutti i campi, " lui dice.

Gli autori ritengono che con la sua facilità d'uso e il suo design per colmare il divario tra chimica acquatica e microbiologia con osservazioni in situ, sarà di notevole interesse per la più ampia comunità scientifica.

Il professore associato Justin Seymour afferma che "lo strumento innovativo aiuterà a rimodellare la nostra percezione dei processi microbici in una serie di habitat acquatici".

"Riteniamo che la sua applicazione aiuterà a rispondere a domande fondamentali nell'oceanografia microbica. Sarà anche potenzialmente utile in altri contesti, tra cui il monitoraggio della qualità dell'acqua e la prospezione di organismi che possono aiutare gli sforzi di biorisanamento, " lui dice.