Quando si tratta di ostriche e del loro ruolo nel ridurre l'inquinamento dei nutrienti, un nuovo studio condotto da ricercatori del Virginia Institute of Marine Science di William &Mary arriva dritto alle viscere e al guscio della questione.

Lo studio, nel numero del 29 settembre di PLoS UNO , è il primo a identificare e quantificare i batteri potenzialmente denitrificanti nell'intestino e nel guscio delle ostriche, e il primo a farlo utilizzando un nuovo programma per computer che deduce le attività batteriche in base alle sequenze dei geni dell'RNA ribosomiale.

La denitrificazione è il processo mediante il quale nitrati e nitriti, composti che alimentano l'eccessiva fertilizzazione delle acque costiere, vengono ridotti a gas azoto, che è innocuo per gli habitat acquatici. Eccesso di azoto dagli impianti di trattamento delle acque reflue, fertilizzanti agricoli, e altre fonti umane possono portare a "zone morte" a basso contenuto di ossigeno, "ridotti raccolti di pesca, e la perdita dell'habitat delle alghe. Chesapeake Bay è uno dei tanti ecosistemi in tutto il mondo che hanno subito questi impatti.

L'autrice principale dello studio è Ann Arfken, un dottorato di ricerca studente nel laboratorio del Professore Associato VIMS e co-autore BK Song. Altri coautori sono i dott. Jeff Bowman della Scripps Institution of Oceanography e Michael Piehler della University of North Carolina.

"La maggior parte degli studi sulla denitrificazione associata alle ostriche si è concentrata sui sedimenti all'interno e intorno alle barriere di ostriche, " dice Arfken. "Il nostro è il primo ad esplorare la capacità di denitrificazione da parte dei microbiomi che vivono all'interno e sulle ostriche stesse." Un "microbioma" è la comunità di organismi microscopici che abitano ogni essere vivente, dagli acari che abitano tra le tue ciglia ai batteri che si annidano tra le radici dei pomodori.

I risultati dello studio hanno importanti implicazioni per gli sforzi volti a ridurre i livelli di nutrienti nelle acque costiere attraverso il ripristino delle ostriche. "Abbiamo scoperto che i gusci delle ostriche contengono comunità microbiche uniche con attività di denitrificazione più elevate rispetto ai sedimenti, ", afferma Song. "È quindi possibile ridurre i nutrienti all'inizio di un progetto di ripristino delle ostriche poiché i microbiomi delle conchiglie rimuovono attivamente l'azoto fissato".

Una sfida finanziaria e logistica

Recenti ricerche mostrano che i microbiomi svolgono un ruolo chiave nella fisiologia e nell'ecologia di un organismo, ma, dice Canzone, "Esplorare il legame tra il corredo genetico e le funzioni di un microbioma ha rappresentato a lungo una sfida".

Questa sfida è sia finanziaria che logistica. "Gli studi sull'intero corredo genetico di un organismo, il suo genoma, sono molto costosi, e potrebbe non funzionare per campioni in cui il contributo dei microbi è basso, " dice Song. "Di conseguenza, molti studi si basano sul sequenziamento dell'amplicone dei geni dell'RNA ribosomiale per identificare i taxa microbici." Questo approccio è meno costoso, ma offre una visione limitata delle vie metaboliche associate a diversi microbiomi, in questo caso se possiedono i geni necessari per la denitrificazione.

Per affrontare queste sfide, il team ha impiegato una nuova tecnica sviluppata da Bowman. Denominato "PAPRICA"—per la predizione della via per posizionamento filogenetico—consente ai ricercatori di dedurre percorsi metabolici da sequenze geniche associate a una piccola subunità di ribosoma chiamata rRNA 16S.

"Abbiamo combinato un database genomico personalizzato con il programma PAPRICA per identificare i batteri che trasportano geni di denitrificazione tra i microbiomi associati alle viscere delle ostriche, conchiglie, e sedimenti della barriera corallina, " dice Song. Spiega, "Sarebbe un po' come distinguere tra diverse popolazioni umane confrontando il numero di disturbi allo stomaco con il gene necessario per digerire il latte".

Il team di ricerca ha quindi misurato i tassi di denitrificazione in camere contenenti ostriche vive, gusci di ostriche, o sedimenti raccolti vicino a banchi di ostriche, scoprendo tassi molto più alti nelle camere che contengono ostriche e conchiglie viventi. Quando hanno confrontato questi tassi con l'abbondanza di geni di denitrificazione nei tre microbiomi, hanno visto una forte correlazione tra alti tassi di denitrificazione e una sequenza genica chiamata nosZI.

"Abbiamo scoperto che i batteri portatori dei geni nosZI sono importanti denitrificatori, e facilitare la rimozione dell'azoto nelle barriere coralline di ostriche, "dice Arfken.

I ricercatori avvertono, però, che sono necessarie ulteriori ricerche. "Dobbiamo stare attenti quando deduciamo la denitrificazione e altri processi metabolici dalla presenza di un gene in un genoma batterico, " dice Arfken. "Questi processi sono spesso estremamente complessi, e richiedono l'espressione coordinata di diversi geni. Inoltre, molti organismi possono portare un gene ma non esprimerlo, "Un'ultima sfida, lei dice, è che "molti batteri rimangono non classificati o hanno identificato genomi incompleti o di bassa qualità".

Ma i ricercatori rimangono ottimisti. "Siamo entusiasti di proseguire ulteriori studi per convalidare ulteriormente l'uso di inferenze metaboliche basate sui geni come metodo affidabile per valutare il potenziale metabolico dei microbiomi, "dice Canzone.