Batteri che sono diventati parte di una cellula di alghe

I batteri, che una volta erano un organismo indipendente, si sono trasformati in un organello che fornisce alle cellule delle alghe composti azotati – riferisce “Science”.

La vita si è evoluta sulla Terra 3,5 miliardi di anni fa. Finora si pensava che solo in tre casi i batteri che un tempo vivevano liberi si fossero fusi con cellule di altri organismi. Questi sono i mitocondri che producono energia e due tipi di organelli che consentono la fotosintesi. I mitocondri hanno consentito lo sviluppo di piante, animali e funghi. L'emergere delle piante è stato possibile grazie alla combinazione di cellule complesse con cianobatteri, in cui si sono formati cloroplasti che effettuano la fotosintesi.

Circa 60 milioni di anni fa, un altro cianobatterio si fuse con l'ameba per formare un diverso organello fotosintetico, chiamato cromatoforo, che si trova solo in poche specie di Paulinella.

In natura accade spesso che una specie viva nelle cellule di un'altra specie in un rapporto di reciproco beneficio (endosimbiosi). È il caso, ad esempio, delle cellule radicali delle leguminose, dove vivono batteri che fissano l'azoto. Anche gli scarafaggi hanno una propria endosimbiosi che fornisce loro alcuni nutrienti. Succede anche che nelle cellule siano presenti più endosimbionti contemporaneamente. Tuttavia, sono ancora organismi separati. I legumi ottengono i batteri di cui hanno bisogno dal terreno e vengono trasmessi agli scarafaggi tramite le uova, ma vivono solo in cellule specializzate, non in ogni cellula del corpo.

Ora Tyler Cole e colleghi dell’Università della California, Santa Cruz (https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk1075) hanno dimostrato che i batteri nelle cellule delle alghe unicellulari sono in grado di fissare l’azoto atmosferico e produrre ammoniaca, Braarudosphaera bigelowii ha sviluppato una nuova struttura cellulare, il nitroplasto. È il primo organello che fissa l'azoto noto alla scienza. Sembra che sia proprio grazie ai nitroblasti che le alghe hanno raggiunto il successo evolutivo e sono presenti negli oceani del mondo.

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Per più di un decennio, si sospettava che il cianobatterio UCYN-A che vive nell’alga unicellulare Braarudosphaera bigelowii fosse diventato un organello. Tuttavia, uno studio completo di questo fenomeno è stato possibile solo grazie a Kyoko Hagino dell'Università di Kochi in Giappone, che ha trovato un modo per coltivare B. bigelowii in condizioni di laboratorio. Grazie alla coltura di alghe a nostra disposizione è stato possibile monitorare da vicino la divisione.

Ciò ha permesso al team di utilizzare una tecnica chiamata tomografia a raggi X molli per osservare cosa succede quando le cellule delle alghe si dividono. Come si è scoperto, il cianobatterio UCYN-A si divide con la cellula algale e ciascuna cellula figlia eredita un UCYN-A.

Un’ulteriore prova della complementarità tra alghe e cianobatteri è che circa la metà delle 2.000 diverse proteine ​​necessarie per UCYN-A sono prodotte dalle alghe. Alcune di queste proteine ​​sono importanti per la produzione di azoto. Sembra che esista un sistema specializzato di rilascio delle proteine ​​per UCYN-A, simile ad altri organelli. Le proteine ​​“importate” contengono un frammento aggiuntivo che può contenere l’”intestazione” UCYN-A.

I risultati della ricerca possono essere di grande importanza pratica. La produzione e l’uso di fertilizzanti azotati rappresentano una delle principali fonti di emissioni di gas serra e il loro acquisto rappresenta un onere finanziario significativo per gli agricoltori. Modificare le piante coltivate in modo che possano fissare l’azoto dall’aria (come fanno i legumi) ridurrebbe i costi economici e ambientali. Un modo per raggiungere questo obiettivo è fornire alle cellule vegetali nitroplasti. Tuttavia, gli scienziati non prevedono di utilizzare UCYN-A perché i cianobatteri sono diventati troppo dipendenti dalle alghe e non sarà possibile integrarli con altre piante. Altri cianobatteri potrebbero essere candidati migliori (PAP).

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Paolo Wernicke

BMW/AGT/

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