Il nuovo mondo batterico coraggioso

Nonostante 300 anni di scrutinio attraverso microscopi, crescita di batteri in coltura e screening del suolo, dell'aria e dell'acqua per nuove specie microbiche, gli scienziati hanno chiaramente trascurato gran parte della vita sulla terra. Grazie a nuovi potenti strumenti di ricerca, i batteriologi stanno scoprendo che il mondo vivente è improvvisamente molto più grande e complesso di quanto immaginassero anche dieci anni fa. La scoperta è simile in grandezza, forse, al primo assaggio di microbi del microscopista olandese Antonie van Leeuwenhoek - li chiamò animaletti - che si aggiravano sotto le sue rozze lenti di vetro.

Poiché i batteri erano essenzialmente non rilevabili a meno che non potessero essere coltivati ​​in coltura, la maggior parte delle specie, che esistono in ambienti difficili da replicare, sono state, in un certo senso, vietate. Immagina se la nostra intera comprensione della biologia fosse basata sulle visite agli zoo, afferma Norman R. Pace, biologo dell'Università della California, a Berkeley. Questo è analogo alla nostra situazione riguardo alla comprensione del mondo microbico.

Questa storia faceva parte del nostro numero di aprile 1997

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Melvin Simon, presidente del dipartimento di biologia del California Institute of Technology, stima che circa il 99 percento dei batteri là fuori non può ancora essere coltivato in colture di laboratorio. Questo perché gli scienziati spesso non sono in grado di determinare la combinazione precisa di condizioni, tra cui ossigeno, temperatura e luce, di cui i microbi hanno bisogno e perché è difficile simulare questi requisiti tutti in una volta per renderli felici. Sono state formalmente descritte circa 6.000 specie di microrganismi. E fino ad ora, dice, il resto ci è rimasto invisibile.

La chiave per dare una prima occhiata a questo nuovo mondo stava nell'imparare a isolare, amplificare e studiare il materiale genetico di un organismo direttamente dall'ambiente senza coltivare l'organismo stesso. Utilizzando strumenti molecolari che selezionano selettivamente i geni altamente specifici di un batterio da un brodo di DNA, gli scienziati possono ora identificare rapidamente nuovi organismi, esplorarne le proprietà e determinarne la parentela con organismi già noti.

Tra i nuovi strumenti molecolari spicca la tecnica di amplificazione genica chiamata PCR, la reazione a catena della polimerasi. La PCR consente di isolare e copiare all'infinito geni specifici, in modo che ne sia disponibile una quantità sufficiente per uno studio dettagliato, come la sequenza del DNA di un gene. Ed è nella sequenza - in realtà le differenze nelle sequenze da un organismo all'altro - che si possono vedere le identità dei microbi.

Insieme alla PCR, i nuovi strumenti includono la tecnologia di sequenziamento rapido, l'elaborazione rapida al computer dei dati della sequenza genica e la tecnologia dell'elettroforesi sempre più accurata, che separa elettricamente i geni in un gel o in un fluido in base alle dimensioni.

Uno dei principali obiettivi analitici di tale lavoro è l'onnipresente RNA (acido ribonucleico) nei ribosomi, i piccoli corpi arrotondati che le cellule viventi usano come dispositivi per la costruzione di proteine. Tutte le cellule hanno ribosomi e, poiché l'RNA che contengono differisce leggermente da una specie all'altra, funge da marcatore affidabile, una sorta di piastrina molecolare, che può essere utilizzata per identificare, classificare e analizzare ogni nuovo microbo.

La scoperta sorprendente è che ovunque i ricercatori applichino queste nuove tecniche, incontrano strani nuovi batteri, in abbondanza e diversità che nessuno si aspettava. Ad esempio, come spiega Paul Dunlap, uno scienziato associato presso la Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts, nella pubblicazione di Woods Hole Oceanus, la vita microbica del mare è così incredibilmente abbondante che in alcuni casi gli organismi sono presenti in numero straordinariamente elevato, fino a circa 100 miliardi per millilitro di acqua di mare. In effetti, gli organismi di diametro inferiore a 2 micron trovati a vivere nel mare sono così abbondanti da rappresentare il 95 percento della massa di tutte le forme di vita negli oceani del mondo.

Anche i suoli sedimentari, anche gli antichi fanghi depositati sul fondo del mare profondo, sono molto ricchi di microrganismi. La recente perforazione nel fondo del Mar del Giappone, ad esempio, ha portato alla luce campioni - da strati di sedimenti sepolti a 500 metri di profondità - contenenti milioni di organismi in ogni grammo di suolo.

Nuovi Regni

I risultati suggeriscono che anche un minuscolo sorso d'acqua, o un piccolo campione di terreno, trasporta abbastanza batteri, la maggior parte dei quali precedentemente sconosciuti, da tenere impegnate squadre di ricercatori per anni. Ci sono nuovi geni, nuovi enzimi e nuove funzioni di cui non sappiamo nulla, osserva Simon, e i dati si stanno accumulando troppo velocemente per essere analizzati in dettaglio. Loro (i microbi) hanno persino diversi tipi di membrane cellulari, il che suggerisce che sono lì per esplorare interi nuovi regni della biologia.

Poiché ogni organismo ha i propri geni, caratteristiche biochimiche, struttura e comportamento, il potenziale industriale è enorme. Ogni specie ospita tra 1.000 e 5.000 geni e per la maggior parte le loro proprietà biochimiche sono ancora sconosciute. Quindi è probabile che verranno scoperti nuovi enzimi, alimenti, farmaci, sostanze chimiche, materiali e processi. I batteri che possono vivere nell'ambiente ostile delle sorgenti termali, ad esempio, hanno prodotto enzimi speciali che si comportano magnificamente ad alta temperatura, che potrebbero essere utili nei processi chimici. Inoltre, dice Pace, alcuni microrganismi producono sostanze che aderiscono alle superfici in acqua quasi bollente, il che potrebbe essere prezioso in alcune operazioni di produzione.

In termini evolutivi, osserva Simon, non dovrebbe sorprendere che esistano così tanti tipi diversi di batteri, anche in luoghi dove una volta sembravano improbabili. Dopotutto, per 3 miliardi di anni il mondo è stato popolato da batteri e probabilmente da pochissimo altro. Quindi questi organismi unicellulari hanno avuto molto più tempo per evolversi rispetto alla maggior parte delle altre creature sulla terra.

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