Il gene altruista – come il mare può venirci incontro

Frugando nei DNA dei microrganismi della zona mesopelagica, tra i 200 e i 1.000 metri di profondità, gli scienziati hanno scoperto che il 50% dei geni identificati appartiene ai funghi. C’è chi già pensa a una nuova penicillina. Sarebbe solo la punta dell’iceberg delle applicazioni possibili. Questo e altro fanno seguito alla creazione del più grande database di sequenze genetiche di organismi marini.

Oceano Pacifico
La più grande mappatura metagenomica dei mari mai realizzata

Gli oceani, più delle terre emerse, ospitano incredibili quantità e varietà di esseri microscopici che per la gran parte sono sconosciti alla scienza. Dalle profondità alla superficie vivono miliardi di minuscoli organismi che hanno il potere di influire sulla salute dei mari e sul clima del pianeta intero.

Gli scienziati sono da sempre interessati a studiarne il ruolo negli ecosistemi marini ma ultimamente, grazie allo sviluppo di nuove tecnologie, l’indagine si concentra sempre di più sullo studio dei loro geni. Lo scopo è capire come i geni, sotto la spinta dell’ambiente, si impongano su altri all’interno delle specie. Aumentandone le capacità di sopravvivenza.

KAUST | © 2024 King Abdullah University of Science and Technology

Il 16 gennaio 2024 viene annunciata la prima grande mappatura del metagenoma oceanico globale, ovvero dell’insieme dei DNA e RNA dei microrganismi presenti nei mari del pianeta. Un’analisi di tale portata, condotta dalla KAUST (King Abdullah University of Science and Technology) sarebbe stata impensabile già una manciata di anni fa.

Algoritmi avanzati, una enorme potenza di calcolo e il libero accesso al database dell’ENA (European Nucleotid Archive) il più grande archivio mondiale di sequenze di DNA e RNA, hanno permesso la compilazione del KMAP Global Ocean Gene Catalog 1.0. KMAP sta per KAUST-Metagenomic Analysis Platform. Un catalogo a sua volta di libero accesso, già online. Il catalogo contiene la classificazione di più di 317 milioni di gruppi di geni provenienti da funghi, virus e batteri. Lo scopo del KMAP è quello di estendere la comprensione del ruolo dei microbi nei processi biogeochimici che modellano la salute dei mari e del pianeta. Compresi i processi relativi al cambiamento climatico e all’impatto delle attività umane sulla vita marina.

Le applicazioni di alcuni di questi geni in altri campi potrebbero migliorare, e non di poco, la nostra qualità di vita in quanto esseri umani. Il patrimonio genetico dei microrganismi marini ha un valore potenzialmente enorme. I campi di applicazione vanno dalla biotecnologia alla medicina, dall’alimentazione all’energia.

Il mercato della biotecnologia marina nel 2023 valeva 6,3 miliardi di dollari e si stima che seguendo il corrente trend di crescita possa superare i 10 miliardi nel 2030. Database accessibili, potenza di calcolo e nuove tecnologie hanno reso possibile qualcosa di impensabile anni fa, ma a monte c’è un altro lavoro, fatto di lunghissimi viaggi, di campionamenti mirati condotti attraverso i mari del pianeta nell’arco di più di un decennio.

Oltre Darwin

I geni identificati e mappati nel catalogo KMAP sono il frutto di numerose spedizioni. La sola Tara Ocean, fondazione francese, ha portato a termine sei missioni di ricerca. Una di queste, Tara Oceans, è durata quattro anni, durante i quali i ricercatori hanno raccolto campioni lungo una rotta totale di ben 125.000 km, quasi quattro volte la circonferenza terrestre.

Un’altra organizzazione scientifica che ha contribuito al KMAP è il CSIC (Consejo Superior de Investigaciones Científicas) di Madrid con la spedizione Malaspina 2010 ispirata ad Alessandro Malaspina, esploratore italiano al servizio dei reali di Spagna nel XVIII secolo. Scopo della missione valutare gli effetti dei cambiamenti globali ed esaminare la biodiversità negli strati più profondi degli oceani alle varie profondità. Le spedizioni hanno prodotto campioni genetici prelevati dall’Oceano Pacifico (40,6%), dall’Atlantico (28%), dall’Oceano Indiano (12,9%) dal Mediterraneo (11,6%) e da Artico ed Antartico rispettivamente per il 5,4% e l’1,5%. Le profondità giocano ruoli importanti quanto gli areali.

La Goletta Tara | © Fondation Tara Océan

Nella colonna d’acqua le condizioni di vita e la biologia cambiano drasticamente secondo la quota. La maggior parte dei macrorganismi abitano le zone dove arriva la luce. Oltre quella soglia cambia tutto. Non ci sono più processi fotosintetici, si entra in un altro mondo, in un luogo che paradossalmente appartiene ad un altro pianeta.

Il 78% dei campioni è stato raccolto tra la superficie e i -200 metri. Dalla zona mesopelagica, tra i -200 e i -1000 metri, il 7,2%. Sotto i 1000 metri il 10,2% e dai sedimenti dei fondali oceanici il 4,1% dei campioni. Il lavoro dei ricercatori è sostanzialmente compilare moduli, registrare, catalogare, scegliere modelli matematici affidabili.

Poi c’è il viaggio, l’esplorazione, e i viaggi condotti alla ricerca del metagenoma oceanico, o viaggi che accidentalmente hanno contribuito alla mappatura del metagenoma oceanico, ricordano quello del brigantino Beagle di Charles Darwin. Una spedizione, quella di Darwin, i cui risultati ispirarono l’opera L’origine delle specie, testo alla base dell’evoluzionismo darwiniano. Con i viaggi di Tara Ocean e la spedizione Malaspina non si è esplorata l’evoluzione nei suoi meccanismi, che conosciamo, ma la sintassi stessa dell’evoluzione: la genetica.

Cosa possono fare quei geni per noi?

Tra le prime sorprese, i funghi. Si scopre che i funghi rappresentano oltre il 50% dei gruppi di geni dei microrganismi identificati nella zona mesopelagica (la zona tra i -200 ed i -1000 metri) caratterizzata da alte pressioni ambiente e dall’assenza di luce.

Il dato suggerisce agli scienziati che i funghi svolgano negli ecosistemi marini un ruolo assai più importante di quanto precedentemente sospettato. E apre nuove porte. Funghi che proliferano in condizioni così estreme potrebbero contenere nei loro geni capacità di adattamento inedite. E quindi grosse sorprese. Potremmo trovarci di fronte a nuove specie, depositarie di proprietà biochimiche uniche.

“La penicillina è un antibiotico che originariamente proveniva da un fungo chiamato Penicillium, quindi potremmo trovare qualcosa di simile da questi funghi oceanici”

Fabio Favoretto, Scripps Institution of Oceanography, Università della California – The Guardian

C’è di più: ora i ricercatori di tutto il mondo possono consultare il catalogo per identificare i geni che codificano composti o proteine utili non solo allo sviluppo di farmaci, ma anche per l’agricoltura e altri settori. E ancora: durante il processo di catalogazione gli scienziati hanno rivalutato il ruolo svolto dai virus.

Nello studio che accompagna il catalogo, gli scienziati hanno definito i virus come i veri innovatori nel potenziamento della diversità genica. Non sarebbe una novità, ma in questo caso anche i virus erano stati sottovalutati. Il loro compito nell’evoluzione sembra sia quello di mischiare le carte. Spostano i geni da un organismo all’altro in un processo chiamato trasferimento genico orizzontale. Il processo consente agli organismi colpiti di assimilare nuovi geni senza ricorrere alla discendenza e alle mutazioni, e quindi di accelerare la loro evoluzione.

Uno dei risultati di quest’accelerazione ha consentito ad alcuni microrganismi di metabolizzare la plastica. I polimeri sintetici, derivati dagli idrocarburi, sono stati introdotti negli oceani solo recentemente. L’evoluzione di alcuni microrganismi è avvenuta in pochi decenni. Grazie a virus.

Un database equo-solidale

Il mare è in continua, rapidissima evoluzione. Per questo motivo il genoma globale dei mari dovrà essere aggiornato regolarmente.

Gli autori hanno sottolineato che questi sforzi possono essere sostenuti solo dallo sviluppo di piattaforme accessibili a tutti, ma anche da un quadro legislativo sulla proprietà intellettuale che garantisca gli investimenti nelle future spedizioni e ad una equa condivisione dei benefici derivanti dai geni identificati nelle acque internazionali. La discussione sulla proprietà intellettuale dei geni scoperti in mare è una lunga storia molto complessa.

C’è di mezzo il diritto di chi ha investito grandi somme per trovarli, analizzarli e classificarli e chi invece li ha nelle proprie acque e non ha la forza di registrarli a suo nome. E poi il mare è di tutti. Un gene è suscettibile di copyright? Per ora, la buona notizia, la migliore per adesso in tutta la storia, è che i dati del KMAP sono open source. Accessibili a tutti i ricercatori. Attendiamo sviluppi.

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