I virus aumentano la capacità di cattura del carbonio negli oceani
La lotta al cambiamento climatico attraverso i virus marini
Il cambiamento climatico è una delle sfide più grandi che l’umanità si trova ad affrontare nel XXI secolo. La ricerca scientifica è costantemente alla ricerca di nuove soluzioni per contrastare questo fenomeno e, recentemente, l’attenzione si è focalizzata sui virus presenti negli oceani del mondo. Questi microrganismi potrebbero infatti svolgere un ruolo cruciale nel catturare l’anidride carbonica nell’acqua di mare, contribuendo così a mitigare gli effetti del riscaldamento globale.
• La lotta al cambiamento climatico attraverso i virus marini
• Le scoperte nell’analisi genomica
• L’ingegneria virale per la cattura del carbonio
• Applicazioni oltre gli oceani
• Lezioni oceaniche applicate ai suoli
• Strumenti di geoingegneria nei suoli permafrost
Le scoperte nell’analisi genomica
Grazie all’uso combinato di dati di sequenziamento genomico e analisi basate sull’intelligenza artificiale, i ricercatori hanno identificato virus basati sugli oceani e analizzato i loro genomi, scoprendo che “rubano” geni da altri microrganismi o cellule che elaborano il carbonio in mare. Mappando i geni del metabolismo microbico, inclusi quelli per il metabolismo del carbonio sott’acqua, sono state rivelate 340 vie metaboliche note in tutti gli oceani globali. Di queste, 128 sono state trovate anche nei genomi dei virus oceanici.
“Sono rimasto sorpreso che il numero fosse così alto”, ha affermato Matthew Sullivan, professore di microbiologia e direttore del Centro di Scienza del Microbioma presso l’Università Statale dell’Ohio.
Avendo esplorato questo vasto tesoro di dati attraverso i progressi nel calcolo, il team ha ora rivelato quali virus hanno un ruolo nel metabolismo del carbonio e sta utilizzando queste informazioni in nuovi modelli metabolici comunitari per aiutare a prevedere come l’ingegnerizzazione del microbioma oceanico verso una migliore cattura del carbonio potrebbe apparire.
“La modellazione riguarda il modo in cui i virus possono aumentare o diminuire l’attività microbica nel sistema”, ha detto Sullivan. “La modellazione metabolica comunitaria mi sta dicendo il punto dati dei sogni: quali virus stanno prendendo di mira le vie metaboliche più importanti, e questo è importante perché significa che sono buone leve da tirare”.
L’ingegneria virale per la cattura del carbonio
Sullivan è stato il coordinatore dei virus per il Consorzio Tara Oceans, uno studio globale di tre anni sull’impatto del cambiamento climatico sugli oceani del mondo e la fonte di 35.000 campioni d’acqua contenenti il bottino microbico. Il suo laboratorio si concentra sui fagi, virus che infettano i batteri, e il loro potenziale di essere ampliati in un quadro di ingegneria per manipolare i microbi marini nella conversione del carbonio nella forma organica più pesante che affonderà sul fondo dell’oceano.
“Gli oceani assorbono il carbonio, e ciò ci protegge dal cambiamento climatico. L’anidride carbonica viene assorbita come gas, e la sua conversione in carbonio organico è dettata dai microbi”, ha detto Sullivan. ”Quello che stiamo vedendo ora è che i virus prendono di mira le reazioni più importanti in questi metabolismi della comunità microbica. Questo significa che possiamo iniziare a indagare quali virus potrebbero essere utilizzati per convertire il carbonio verso il tipo che vogliamo.
“In altre parole, possiamo rafforzare questo enorme buffer oceanico per essere un pozzo di carbonio per guadagnare tempo contro il cambiamento climatico, invece che quel carbonio venga rilasciato di nuovo nell’atmosfera per accelerarlo?”
Nel 2016, il team di Tara ha determinato che l’affondamento del carbonio nell’oceano era correlato alla presenza di virus. Si pensa che i virus aiutino ad affondare il carbonio quando le cellule che elaborano il carbonio infettate dai virus si raggruppano in aggregati più grandi e appiccicosi che cadono sul fondo dell’oceano. I ricercatori hanno sviluppato analisi basate sull’intelligenza artificiale per identificare da migliaia di virus quali pochi sono i virus “VIP” da coltivare in laboratorio e lavorare con essi come sistemi modello per l’ingegneria geologica degli oceani.
Applicazioni oltre gli oceani
Lezioni oceaniche applicate ai suoli
La ricerca sui virus marini non si limita solo agli oceani, ma si sta estendendo anche ad altri ambienti. Sullivan e il suo team stanno applicando le lezioni apprese dagli oceani per utilizzare i virus nell’ingegnerizzazione dei microbiomi in contesti umani per aiutare il recupero da lesioni al midollo spinale, migliorare i risultati per i neonati nati da madri con HIV, combattere le infezioni nelle ferite da ustione e altro ancora.
“La conversazione che stiamo avendo è, ‘Quanto di questo è trasferibile?’” ha detto Sullivan, anche professore di ingegneria civile, ambientale e geodetica. “L’obiettivo generale è l’ingegnerizzazione dei microbiomi verso ciò che riteniamo utile”.
Strumenti di geoingegneria nei suoli permafrost
Sullivan ha anche riferito sui primi sforzi per utilizzare i fagi come strumenti di geoingegneria in un ecosistema completamente diverso: il permafrost nel nord della Svezia, dove i microbi sia cambiano il clima che rispondono al cambiamento climatico mentre il suolo ghiacciato si scongela. Virginia Rich, professoressa associata di microbiologia presso l’Ohio State, è co-direttrice dell’Istituto di Biologia Integrata EMERGE finanziato dalla National Science Foundation con sede presso l’Ohio State che organizza la scienza dei microbiomi nel sito di campo svedese. Rich ha anche co-diretto ricerche precedenti che hanno identificato un lignaggio di organismi unicellulari nel suolo del permafrost in via di scongelamento come un significativo produttore di metano, un potente gas serra.