Progetto

progetto: PNRA16_00246

   
acronimo
responsabile MARCO FONDI
ente di appartenenza
descrizione
La distribuzione e la funzione dei microrganismi antartici sono di cruciale importanza per i flussi di materia ed energia della Terra e per la produzione/equilibirio di gas come CO2, , CH4, e N2O. Questo prezioso equilibrio è messso a serio rischio dai cambiamenti climatici globali, la minaccia più seria per l’intero ecosistema. Infatti, il cambiamento globale sta alterando la distribuzione delle specie e quindi le interazioni tra i microorganismi, conducendo ad una biodiversità alterata ed un funzionamento imperfetto dell’ecosistema terrestre. Inoltre, le comutià microbiche hanno una struttura ed un funzionamento complessi che possono essere alterate dai cambiamenti climatici globali con modalità diverse. E’ oggi chiaro che il cambiamento climatico globale avrà un impatto enorme sulle comunità microbiche oceaniche e che questo porterà ad effetti che si riverberanno su tutta la rete trofica. Conclusione comune di tutti gli studi in questo campo è quella secondo cui la maggior parte degli organismi possono evolvere mediante cambiamenti genetici per poter far fronte alle perturbazioni ambientali che si troveranno davanti. Questo, a sua volta, porterà alla rimodellazione e alla comparsa di un ecosistema microbico diverso da quello che conosciamo oggi e che produrrà effetti a cascata su tutti gli altri componenti dell’ambiente Antartico. Le traiettorie evolutive che seguiranno questi organismi nel tempo sono di difficile interpretazione and se comprenderle e/o predirle è di fondamentale importanza per ragioni ecologiche ed ambientali. Con questo progetto proponiamo un approccio basato su esperimenti di evoluzione guidata per simulare sperimentalmente cambiamenti costanti di parametri ambientali (per es. temperatura, livelli di CO2, pH, concentrazione di inquinanti) e investigare, a diversi livelli cellulari, l’effetto di queste variazioni su batteri isolati dal continente antartico. Combineremo evoluzione sperimentale, dati –omici e modelli matematici del metabolismo per fornire una prospettiva sulla struttura ed il funzionamento di rappresentanti di comunità microbiche antartiche, valutando l’impatto che avranno su di essi i cambiamenti di alcuni parametri chimico-fisici fondamentali (e/o la combinazione di alcuni di essi) e descrivendo i possibili adattamenti a livello molecolare ed ecologico a cui i membri di queste comunità andranno in contro per fronteggiare tali perturbazioni. Per questo scopo saranno allestiti esperimenti di crescita a lungo termine di rappresentanti microbici in laboratorio e saranno applicati cambiamenti incrementali e graduali dei parametri elencati precedentemente. Le colture microbiche saranno campionate da intervalli regolari e studiati per quello che riguarda i principali meccanismi di adattamento responsabili per l’adattamento a tali condizioni. Questo includerà l’utilizzo di tecnologie di Next Generation Sequencing (NGS) per determinare la struttura tassonomica, la comparsa di varianti genomiche (SNPs/indels), livelli di espressione dell’mRNA. Alla fine di questo processo, i dati ottenuti saranno utilizzati per produrre un modello multi-livello che integrerà i dati ottenuti con le ricostruzioni metaboliche degli organismi analizzati e che fornirà una descrizione dettagliata dell’evoluzione della comunità microbica nel tempo e dei suoi adattamenti in risposta ai cambiamenti applicati durante gli esperimenti di crescita in bioreattore. Questo approccio promette di fornire i) una previsione sulla struttura e sul funzionamento delle future comunità antartiche, ii) di misurare l’impatto che i cambiamenti climatici globali (ed i loro feedback) avranno sull’ecosistema antartico, iii) affrontare la minaccia dei cambiamento climatico globale in una maniera più razionale e consapevole.