Un team di ricerca guidato dalla Scripps Institution of Oceanography dell'Università della California a San Diego ha scoperto per la prima volta che una comune spugna marina ospita batteri specializzati nella produzione di composti tossici quasi identici ai ritardanti di fiamma artificiali.

Le nuove scoperte avvicinano il team di ricerca a svelare il mistero di questo potente gruppo di composti chimici, noti come eteri di difenile polibromurato (PBDE), nell'ambiente marino. I PBDE sono un sottogruppo di ritardanti di fiamma bromurati che vengono combinati in schiuma, tessili, ed elettronica per aumentare la temperatura alla quale i prodotti bruceranno. Queste sostanze chimiche industriali artificiali sono potenti interferenti endocrini che imitano l'attività dell'ormone tiroideo più attivo del corpo umano.

Vinayak Agarwal, un ricercatore post-dottorato presso Scripps, raccolse un caso freddo iniziato quasi 50 anni fa dal chimico di Scripps John Faulkner, uno dei primi pionieri nello studio dei prodotti naturali del mare, continuare l'indagine sulla fonte di questi composti tossici che si trovano in grandi quantità negli oceani del mondo.

"Per la prima volta siamo stati in grado di dimostrare in modo conclusivo che i geni e gli enzimi prodotti nei batteri dalle spugne sono responsabili della produzione di questi composti tossici per l'uomo, " disse Agarwal, co-primo autore del documento insieme alla studentessa di dottorato di Scripps Jessica Blanton.

Lo studio faceva parte della ricerca Center for Oceans and Human Health, finanziata dalla National Science Foundation (NSF)/National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS), condotta presso Scripps.

Nel 2014, Agarwal e i colleghi di Scripps Oceanography sono stati i primi a scoprire che i batteri marini indipendenti producono questi composti ignifughi in modo naturale, anche se in quantità molto ridotte.

In questo nuovo studio, i ricercatori hanno impiegato due tecniche moderne:l'"estrazione" del genoma introdotta dal chimico marino di Scripps Brad Moore e un approccio di sequenziamento del DNA ambientale introdotto dal biologo di Scripps Eric Allen - per fare un ulteriore passo avanti e identificare i geni e gli enzimi specifici coinvolti nel sovrapproduzione di molecole tossiche nelle spugne.

Le spugne marine ottengono cibo e ossigeno filtrando l'acqua di mare attraverso i pori e i canali dei loro corpi. Questo flusso d'acqua costante significa che questi animali immobili ospitano molti batteri, virus, e funghi nei loro complessi microbiomi.

Il team di ricerca ha raccolto 18 campioni di spugna per lo studio durante due spedizioni di ricerca a Guam. Hanno quindi isolato i vari componenti di questa complessa miscela di organismi dai tessuti della spugna per identificare i geni e gli enzimi specifici che codificano per la produzione di PBDE.

"Per molti anni gli scienziati hanno trovato indizi che suggerivano che la natura stesse producendo questi composti, " ha detto Bradley Moore, professore allo Scripps Center of Marine Biotechnology and Biomedicine e alla Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences dell'UC San Diego, e un autore senior dello studio. "Ora che abbiamo capito come vengono prodotti nell'ambiente marino, stiamo esplorando perché esistono, e le preoccupazioni per la salute umana ad essi associate".

L'approccio di "estrazione mineraria" del genoma di Moore insieme al sequenziamento metagenomico di Allen offre agli scienziati un modo per collegare le sostanze chimiche naturali prodotte dagli organismi agli enzimi che le costruiscono.

Lo studio, che appare sulla copertina del numero di maggio della rivista Natura chimica biologia , è stata una collaborazione unica tra chimici e biologi dell'UC San Diego e altrove.

"Questo studio è una potente combinazione di sostanze chimiche, ricerca biologica e ambientale, ", ha affermato Henrietta Edmonds della Divisione di scienze oceaniche della NSF, che ha sostenuto la ricerca. "Ha il potenziale per aiutarci a capire la produzione, il destino e le conseguenze sulla salute dei composti naturali e inquinanti nell'ambiente marino".

"Ci teniamo ai PBDE prodotti naturalmente perché finiscono nella catena alimentare, "ha detto Frederick Tyson, dottorato di ricerca, del NIEHS, che ha contribuito a finanziare la ricerca. "I dati preliminari di questo gruppo di ricerca suggeriscono che alcuni PDBE naturali possono essere ancora più tossici di quelli prodotti dall'uomo, quindi abbiamo bisogno di sviluppare una migliore comprensione di questi composti".

Questi microbi oceanici sono stati trovati in habitat diversi come le alghe marine, coralli e balene.

Il prossimo passo dell'indagine per i ricercatori è estrarre i geni e gli enzimi in altri ospiti marini per scoprire quali altri organismi stanno producendo composti tossici simili e perché.