Lo studio “The 100 Diatom Genomes Project”, pubblicato su PLOS Biology da un team internazionale di oltre 100 ricercatori, illustra i primi risultati del più grande progetto globale di sequenziamento dei genomi delle diatomee mai realizzato, al quale partecipa anche la Stazione Zoologica Anton Dohrn (SZN) con 8 ricercatori.
Una delle autrici dello studio, Mariella Ferrante della SZN, evidenzia che «Negli scorsi anni, siamo stati pionieri della genomica delle diatomee, sequenziando due specie del Golfo di Napoli, quando era ancora tecnicamente difficile. Ora sfruttiamo le nuove tecnologie per studiare la genetica di una gamma molto più ampia di specie e creare una vasta raccolta di informazioni genetiche e dati biologici sulle diatomee, che sono tra gli organismi fotosintetici microscopici più importanti al mondo».
Il "100 Diatom Genomes Project", guidato da Thomas Mock della School of Environmental Sciences dell’University of East Anglia (UEA ) , ha l’obiettivo sequenziare i genomi di 100 specie di diatomee, una classe di microalghe, per comprendere meglio il loro ruolo nella cattura dell'anidride carbonica e come elemento fondamentale di diverse reti trofiche acquatiche, e ha fatto un importante passo avanti verso la scoperta dei segreti di alcuni degli organismi più piccoli ma più importanti della Terra e dimostra che «Diverse tipologie di diatomee possono comportarsi in modi molto differenti. E che queste differenze sono probabilmente legate alla loro diversa genetica e alla complessità delle loro strutture cellulari».
Un altro scienziato della SZN che ha partecipato allo studio/progetto, Wiebe Kooistra, aggiunge: «I genomi di queste diatomee, selezionati nell'ambito della loro ampia diversità, permettono di tracciare la loro storia evolutiva con estrema precisione. Ciò consentirà di scoprire quando e come le innovazioni morfologiche e fisiologiche hanno permesso alle diatomee di diventare uno dei gruppi microbici oggi di maggior successo sulla Terra. Oggi, le diatomee sono abbondanti nel fitoplancton degli oceani di tutto il mondo, nelle acque dolci e persino nei terreni umidi. Di fatto, le diatomee costituiscono un importante gruppo di organismi che sequestra CO₂, contribuendo a ridurre la quantità di CO2 che l'umanità rilascia nell'atmosfera».
Mock spiega che «Le diatomee si trovano in quasi tutti gli habitat marini e d'acqua dolce e rappresentano la classe di alghe più ricca di specie, con almeno 100.000 specie. Sono fondamentali per l'ecosistema mondiale e contribuiscono al 20% del sequestro globale di carbonio e alla produzione di ossigeno. Inoltre, aiutano a trasportare il carbonio dalla superficie dell'oceano alle profondità marine, dove può essere immagazzinato per lunghi periodi. Confrontando le informazioni genetiche delle diatomee che vivono in ambienti diversi, speriamo di comprendere meglio come questi organismi funzionano, si evolvono e sviluppano le caratteristiche che li rendono così importanti e di successo per la vita sulla Terra, nonché come sono connesse le specie. In definitiva, questo potrebbe aiutare gli scienziati a costruire modelli in grado di prevedere qualsiasi cosa, dal comportamento delle singole cellule alla risposta di interi ecosistemi ai cambiamenti ambientali».
In precedenza, gli scienziati avevano studiato in dettaglio solo i genomi, o progetti genetici, di circa 10 specie di diatomee, il che significava che la possibilità di sfruttare la loro biologia unica era stata molto limitata. Per questo i ricercatori hanno creato il progetto triennale "100 Diatom Genomes", riunendo oltre 100 scienziati provenienti da 11 Paesi per studiare la genetica di una gamma molto più ampia di specie e creare una vasta raccolta di informazioni genetiche e dati biologici sulle diatomee, che sono tra le piante microscopiche più importanti al mondo.
Il progetto, finanziato dal Joint Genome Institute (JGI) del Department of Energy Usa, riflette l'interesse del JGI per la ricerca sulle alghe ai fini della produzione di bioenergia e per il ruolo delle alghe nel ciclo dei nutrienti e ha coinvolto quasi 30 istituzioni scientifiche che, combinando i dati con le informazioni genetiche raccolte da altri gruppi di ricerca in tutto il mondo, stanno andando oltre il loro obiettivo iniziale di sequenziare 100 genomi di diatomee.
Un’altra autrice dello studio, Giovanna Romano della SZN, conferma: «Le diatomee sono una ricca fonte di prodotti preziosi come acidi grassi omega-3, vari pigmenti e metaboliti secondari, terra di diatomee (silice) e bio-olio per la produzione di biocarburanti. I loro genomi sequenziati rivelano i meccanismi alla base di queste caratteristiche, aprendo la strada a una biotecnologia basata sulle diatomee più produttiva, efficiente e sostenibile».
Per Valeria Di Dato, anche lei della SZN, «Il sequenziamento del genoma particolarmente grande di Thalassiosira gravida (precedentemente nota come T. rotula) nell'ambito del 100 Diatom Genomes Project ci permette di scoprire le vie di produzione di diversi metaboliti secondari, migliorando ulteriormente la nostra comprensione del signalling chimico tra cellule di diatomee».
Mock conclude: «La creazione di un sistema condiviso per descrivere e classificare queste caratteristiche renderà più facile per i ricercatori di tutto il mondo confrontare le specie di diatomee e combinare i loro risultati, I primi risultati suggeriscono che mettere insieme tutte queste informazioni sta funzionando bene e potrebbe portare a molte scoperte entusiasmanti.
Queste conoscenze sono inoltre fondamentali per lo sviluppo di biotecnologie basate sulle diatomee, ad esempio la nanotecnologia per lo sviluppo di sensori e la somministrazione di farmaci, e piattaforme di biologia sintetica per la produzione di nutraceutici, come antiossidanti e integratori alimentari, nonché biocarburanti e cattura del carbonio».
