La disastrosa stagione 2015-16 del granchio di Dungeness, ritardato e accorciato da una fioritura senza precedenti di alghe tossiche, è un amaro ricordo per l'industria della pesca della costa occidentale. Il colpevole era l'acido domoico, una potente neurotossina prodotta da alghe marine e scoperta nel 1987 come causa di avvelenamento da molluschi amnesici.

Gli scienziati dell'UC Santa Cruz hanno compiuto progressi sostanziali nella comprensione e nella previsione delle condizioni che portano a grandi fioriture delle alghe produttrici di tossine (diatomee chiamate Pseudo-nitzschia ). Ma un aspetto di queste fioriture algali tossiche, che colpiscono la fauna selvatica e la pesca economicamente importante, resta un mistero:come fanno le alghe a produrre acido domoico e cosa ne innesca la produzione?

Marilou Sison Mangus, un assistente professore di scienze oceaniche presso l'UC Santa Cruz, spiega che le alghe non sempre producono la tossina. "Ci sono fioriture di Pseudo-nitzschia ogni primavera ed estate lungo la costa della California, ma la tossicità varia molto, " dice. "Per l'industria ittica, questa tossina può avere un grande impatto, quindi vogliamo capire i meccanismi alla base della sua produzione. È una domanda di 30 anni".

Una nuova sovvenzione del programma Ecology and Oceanography of Harmful Algal Blooms (ECOHAB) della NOAA finanzierà un progetto di ricerca guidato da Sison-Mangus per rispondere a questa domanda. I suoi co-investigatori su questo progetto interdisciplinare includono il professore di chimica Phil Crews e lo statistico Juhee Lee, assistente professore di matematica applicata e statistica. La sovvenzione NOAA fornisce $ 130, 000 all'anno per tre anni, ma è garantito solo il primo anno di finanziamento. Il finanziamento per gli anni successivi dipende dalla disponibilità di futuri stanziamenti NOAA.

Il laboratorio di Sison-Mangus all'UC Santa Cruz ha studiato il ruolo dei batteri nella produzione di acido domoico da parte delle alghe. Si scopre che Pseudo-nitzschia di per sé non ha tutti i geni necessari per sintetizzare la tossina.

"Pensiamo che uno dei precursori necessari per la sintesi dell'acido domoico sia prodotto dai batteri, " disse Sison-Mangus. "Se è così, potremmo essere in grado di utilizzare la presenza dei batteri come marker per prevedere la tossicità delle alghe".

Precedenti esperimenti di Sison-Mangus e altri hanno dimostrato che colture prive di batteri di Pseudo-nitzschia non sono in grado di produrre acido domoico, mentre l'aggiunta di batteri alle colture ripristina la produzione di tossine. Ha scoperto che i batteri marini nel phylum Bacteroidetes, da solo o in combinazione con altri batteri, inducono costantemente un grande picco nella produzione di acido domoico in colture di tre diverse specie di Pseudo-nitzschia.

Sison-Mangus ha anche monitorato le fioriture algali nella baia di Monterey e ha trovato una stretta correlazione tra i livelli di acido domoico e la presenza di batteri Bacteroidetes in associazione con Pseudo-nitzschia. Le immagini al microscopio elettronico mostrano i batteri che vivono sulla superficie esterna delle cellule algali.

"Sappiamo che questi batteri sono associati a fioriture tossiche nell'oceano, e sappiamo che causano picchi di tossicità in laboratorio, ma non conosciamo i meccanismi di produzione di tossine, " Disse Sison-Mangus.

Una parte del nuovo progetto di ricerca si concentrerà sullo svelare i dettagli di come alghe e batteri interagiscono per produrre acido domoico. Un'altra parte del progetto utilizzerà i dati di monitoraggio della baia di Monterey per valutare come questa interazione si inserisce nel contesto più ampio dei numerosi fattori fisici e ambientali, come la temperatura dell'acqua e i livelli di nutrienti, noto anche per influenzare le fioriture di alghe tossiche.

Ordinando gli effetti di più fattori, tutte variabili simultaneamente in un sistema complesso, è una sfida. Ma questa è l'area di competenza di Juhee Lee, e ha sviluppato un approccio di modellazione statistica bayesiana che aiuterà i ricercatori a capire come tutti questi fattori interagiscono per influenzare lo sviluppo di una fioritura di alghe tossiche.