Un gruppo di ricerca guidato dal microbiologo Prof. Dr. Ralf Rabus dell’Università di Oldenburg, in Germania, ha condotto delle analisi dettagliate sulla biologia cellulare di Prorocentrum cordatum, una specie di dinoflagellati diffusa a livello globale e responsabile di fioriture algali tossiche. Utilizzando tecniche avanzate di microscopia e proteomica, i ricercatori hanno scoperto che il processo di fotosintesi in questi microorganismi è organizzato in una configurazione insolita che potrebbe aiutarli ad adattarsi meglio alle condizioni di luce variabili negli oceani. Questi risultati potrebbero portare a una migliore comprensione dell’incidenza delle fioriture algali nocive, che potrebbero diventare più frequenti a causa dei cambiamenti climatici.
Strutture cellulari uniche rivelate da tecniche di imaging avanzate
Utilizzando un potente microscopio elettronico a scansione con un fascio di ioni focalizzato presso l’Università Ludwig-Maximilians di Monaco, il team di Rabus e l’autrice principale Jana Kalvelage dell’Istituto di Chimica e Biologia dell’Ambiente Marino (ICBM) è stato in grado di ricostruire l’architettura tridimensionale dei cloroplasti, dove avviene la fotosintesi. Gli scienziati hanno generato circa 600 strati di immagini di una singola cellula di alga e poi combinato le sezioni per creare un’immagine spaziale tridimensionale ad alta risoluzione degli organismi unicellulari a forma ovale, che sono generalmente lunghi da 10 a 20 millesimi di millimetro. L’analisi ha rivelato che Prorocentrum cordatum possiede un unico cloroplasto a forma di barile che occupa il 40 percento del volume cellulare.
Analisi proteomiche rivelano differenze significative
Le analisi proteomiche hanno poi rivelato differenze marcate tra l’apparato fotosintetico delle microalghe e quello di Arabidopsis thaliana, una pianta modello ben studiata nella ricerca genetica. In entrambe le specie, la fotosintesi avviene in strutture proteiche complesse incorporate nel vasto sistema di membrane del cloroplasto. Tuttavia, in Prorocentrum cordatum il team ha osservato che la conversione dell’energia solare in energia biochimica avviene in una singola grande struttura costituita da numerosi proteine, nota come “megacomplex”, mentre nei cloroplasti della specie vegetale, i diversi passaggi della fotosintesi si verificano in strutture spazialmente separate. Il team ha anche riferito che P. cordatum utilizza un gran numero di diverse proteine leganti i pigmenti per catturare efficientemente l’energia solare. “Questa diversità è un’adattamento speciale alle condizioni di luce variabili a cui l’organismo è esposto negli oceani,” ha spiegato Rabus.
Complessità genetica e adattabilità
Due altri studi pubblicati l’anno scorso evidenziano la biologia insolita delle microalghe: nel primo, un team tedesco-australiano di cui facevano parte anche i ricercatori dell’ICBM ha scoperto che gli organismi hanno un genoma molto grande con il doppio delle coppie di basi rispetto agli esseri umani. Il team ha anche scoperto che le alghe cambiano il loro metabolismo e il loro tasso di crescita rallenta in risposta allo stress termico. In una seconda pubblicazione, il team guidato da Rabus e Kalvelage ha descritto il nucleo cellulare in modo più dettagliato, riferendo che P. cordatum ha 62 cromosomi, un numero insolitamente elevato che riempie quasi interamente il nucleo cellulare. La funzione di una grande proporzione delle proteine nucleari identificate dai ricercatori è attualmente sconosciuta, ha osservato il team.
Indagine sulla funzionalità molecolare delle microalghe
“Abbiamo indagato come questa importante microalga funzioni a livello molecolare. Questi risultati costituiscono la base per una migliore comprensione del suo ruolo nell’ambiente,” ha sottolineato Rabus. Ulteriori indagini potrebbero fornire risposte a domande come come il metabolismo dell’organismo reagisce ad altri fattori di stress – e perché la specie è in grado di adattarsi a una così ampia gamma di condizioni ambientali, dalle zone tropicali a quelle temperate, ha spiegato.
Implicazioni per la comprensione delle fioriture algali nocive
Il lavoro di ricerca è stato finanziato dalla Fondazione Tedesca per la Ricerca. Gli studi pubblicati offrono una nuova prospettiva sulla biologia di Prorocentrum cordatum e potrebbero avere implicazioni significative per la comprensione delle fioriture algali nocive, un fenomeno che rappresenta una minaccia crescente per gli ecosistemi acquatici a livello globale.
