I microrganismi che vivono nei sedimenti sepolti sotto il fondo del mare ottengono i loro nutrienti utilizzando enzimi secreti per degradare i detriti adsorbiti. Un nuovo studio mostra che per sopravvivere per lunghi periodi di tempo, i microrganismi si mangiano l'un l'altro dopo la morte.

I sedimenti che sono alla base degli oceani del mondo ospitano una vasta gamma di comunità microbiche. Molti degli organismi in questo freddo, ambiente anossico dipendono per la loro sopravvivenza dalla materia organica. Infatti, i sedimenti marini costituiscono il più grande serbatoio di carbonio organico sulla Terra, e comprendere le dinamiche del suo riciclaggio è vitale per la valutazione affidabile dell'impatto del riscaldamento globale. Gran parte del carbonio fisso che si trova nei sedimenti è costituito da proteine ​​e carboidrati detritici. Però, si sa poco dei gruppi microbici responsabili della scomposizione dei composti del carbonio nel fondo marino. Per contribuire a colmare questa lacuna nella nostra conoscenza, Guglielmo Orsi, Professore di Geomicrobiologia presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dell'Ambiente della LMU, deciso di caratterizzare questi gruppi analizzando, a livello genetico, gli enzimi che secernono nel loro ambiente. I risultati dello studio sono stati ora pubblicati online sulla rivista Microbiologia della natura .

I microrganismi utilizzano enzimi extracellulari per catalizzare la degradazione chimica di sostanze organiche, sostanze contenenti carbonio nel mezzo circostante. I prodotti di degradazione risultanti vengono assorbiti da proteine ​​di trasporto specializzate e fungono da fonti di energia e mattoni per la crescita cellulare. Tutti gli enzimi destinati all'esportazione dalle cellule contengono un breve, sequenza definita di amminoacidi che funge da tag di identificazione, che è riconosciuto dall'apparato secretorio che consente loro di accedere all'esterno della cellula. I frammenti di RNA ambientale recuperati dai sedimenti possono essere amplificati e analizzati in laboratorio, abilitando così le sequenze di questi tag, che codificano le informazioni per la produzione degli enzimi stessi. "Utilizzando un nuovo metodo bioinformatico, abbiamo cercato evolutivamente conservati, e quindi funzionalmente importante, motivi di sequenza di amminoacidi all'interno di queste sequenze di riconoscimento. In questo modo, Eravamo in grado, per la prima volta, non solo per utilizzare i dati genetici per dedurre le funzioni enzimatiche, ma anche per identificare in modo specifico quegli enzimi che vengono secreti dalle cellule che vivono in questi sedimenti, "Spiega l'Orsi.

Orsi e i suoi colleghi hanno utilizzato i dati di sequenza ottenuti in uno studio precedente sull'RNA ambientale recuperato da un sito di perforazione in acque profonde al largo della costa del Perù. I nuovi risultati mostrano che i batteri, archaea e funghi sepolti nei sedimenti sul fondo del mare producono e secernono una costellazione unica di enzimi. Questi catalizzatori sono in grado di degradare le biomolecole associate ai depositi sedimentari, come carboidrati, lipidi e proteine, ma possono anche eliminare i nutrienti dalle cellule morte. "Molti degli enzimi sintetizzati e secreti dalle cellule fungine attaccano specificamente le pareti cellulari degli archei, mentre molti degli enzimi extracellulari rilasciati dai batteri possono degradare le pareti cellulari dei funghi, " dice Orsi. "In altre parole, diverse classi di microbi apparentemente si cannibalizzano le "carcasse" dell'altro". Presumibilmente, i microrganismi utilizzano questa "necromassa" come fonte di carbonio ed energia, che consente loro di sopravvivere in questa zona anossica ostile, ben oltre la portata della luce solare. I sedimenti più antichi trovati nel carotaggio sono stati recuperati da una profondità di 159 metri sotto il fondo del mare e hanno 2,8 milioni di anni.

I ricercatori ora vogliono sapere quanto carbonio viene riciclato dai vari gruppi di organismi, per stimare i loro contributi individuali al ciclo globale del carbonio. "I nostri dati potrebbero quindi essere incorporati in modelli biogeochimici, che aumenterebbero il potere predittivo di tali modelli, " dice Orsi.