Uno studio condotto da ricercatori dell’Istituto Max Planck di microbiologia marina di Brema, in Germania, rivela ora che a volte quasi il 20% delle cellule SAR11 sono infettate da virus, riducendo significativamente il numero totale di cellule. I virus possono anche trasformare questi batteri, un tempo fiorenti, in zombie, un fenomeno osservato per la prima volta e diffuso negli oceani. Il lavoro è pubblicato sulla rivista Nature Communications .

Le acque oceaniche che circondano l'isola tedesca di Helgoland offrono un ambiente ideale per studiare le fioriture di alghe primaverili, al centro della ricerca presso l'Istituto Max Planck di microbiologia marina dal 2009.

In uno studio precedente, gli scienziati del Max Planck avevano osservato un gruppo di batteri chiamato SAR11 che cresceva particolarmente velocemente durante queste fioriture. Tuttavia, nonostante gli elevati tassi di crescita, l’abbondanza di SAR11 è diminuita di circa il 90% in cinque giorni. Ciò suggerisce che le cellule siano state rapidamente decimate dai predatori e/o dalle infezioni virali. Ora i ricercatori del Max Planck hanno studiato cosa si nasconde esattamente dietro questo fenomeno.

Trovare i fagi che infettano SAR11

"Volevamo scoprire se i bassi numeri di SAR11 fossero causati dai fagi, cioè dai virus che infettano specificamente i batteri", spiega Jan Brüwer, che ha condotto lo studio nell'ambito della sua tesi di dottorato. "Rispondere a questa domanda apparentemente semplice è stato metodologicamente molto impegnativo."

Come funziona l'infezione da fagi? I fagi infettano i batteri introducendovi il loro materiale genetico. Una volta lì, si replica e utilizza i ribosomi batterici per produrre le proteine ​​di cui ha bisogno. I ricercatori di Brema hanno utilizzato una tecnologia che ha permesso loro di "seguire" il materiale genetico del fago all'interno della cellula.

"Possiamo colorare i geni specifici dei fagi e poi vederli al microscopio. Poiché possiamo anche colorare il materiale genetico del SAR11, possiamo rilevare contemporaneamente le cellule SAR11 infette dai fagi", spiega Brüwer.

Anche se questo potrebbe sembrare semplice, la bassa luminosità e le piccole dimensioni dei geni dei fagi hanno reso difficile per i ricercatori rilevarli. Ciononostante, migliaia di immagini al microscopio sono state analizzate con successo, portando alcune notizie interessanti.

"Abbiamo visto che i batteri SAR11 subiscono un massiccio attacco da parte dei fagi", afferma Brüwer. "Durante i periodi di rapida crescita, come quelli associati alla fioritura primaverile delle alghe, quasi il 20% delle cellule era infetto, il che spiega il basso numero di cellule. Quindi, i fagi sono l'anello mancante che spiega questo mistero."

Cellule zombie:un fenomeno globale

Con sorpresa degli scienziati, le immagini hanno rivelato ancora di più. "Abbiamo scoperto che alcune delle cellule SAR11 infettate dai fagi non contenevano più ribosomi. Queste cellule si trovano probabilmente in uno stato di transizione tra la vita e la morte, quindi le abbiamo chiamate cellule 'zombi'", spiega Brüwer.

Le cellule zombi rappresentano un fenomeno nuovo osservato non solo nelle colture pure di SAR11 ma anche nei campioni raccolti al largo di Helgoland. Inoltre, l'analisi di campioni provenienti dall'Atlantico, dall'Oceano Antartico e dall'Oceano Pacifico ha rivelato la presenza di cellule zombi, indicando che questo fenomeno si verifica in tutto il mondo.

"Nel nostro studio, le cellule zombie costituiscono fino al 10% di tutte le cellule presenti nel mare. La presenza globale di cellule zombie amplia la nostra comprensione del ciclo dell'infezione virale", sottolinea Brüwer. "Sospettiamo che nelle cellule zombie gli acidi nucleici contenuti nei ribosomi vengano scomposti e riciclati per produrre nuovo DNA fagico."

Brüwer e i suoi colleghi ipotizzano che non solo i batteri SAR11, ma anche altri batteri possano essere trasformati in zombie. Pertanto, vogliono studiare ulteriormente la distribuzione delle cellule zombie e il loro ruolo nel ciclo dell'infezione virale.

"Questa nuova scoperta dimostra che la popolazione SAR11, nonostante si divida così rapidamente, è controllata e regolata in modo massiccio dai fagi", afferma Brüwer.

"SAR11 è molto importante per i cicli biogeochimici globali, compreso il ciclo del carbonio, pertanto il loro ruolo nell'oceano deve essere ridefinito. Il nostro lavoro evidenzia il ruolo dei fagi nell'ecosistema marino e l'importanza delle interazioni microbiche nell'oceano."