Gli scienziati scoprono il motore segreto del cambiamento climatico

Lo studio rivela che i microrganismi, una volta infettati, contengono nuovi geni generatori di metano.

Uno studio recente rivela che i virus che infettano i microbi contribuiscono al cambiamento climatico svolgendo un ruolo chiave nel riciclaggio del metano, un potente gas serra, attraverso l’ambiente.

Analizzando quasi 1000 gruppi metagenomici DNA Attraverso i dati provenienti da 15 diversi habitat, che vanno da diversi laghi all'interno dello stomaco di una mucca, i ricercatori hanno scoperto che i virus microbici trasportano elementi genetici speciali per controllare i processi del metano, chiamati geni metabolici accessori (AMG). A seconda di dove vivono gli organismi, il numero di questi geni può variare, suggerendo che il potenziale impatto dei virus sull’ambiente varia anche in base al loro habitat.

Questa scoperta aggiunge un tassello vitale per comprendere meglio come il metano interagisce e si muove all’interno dei diversi ecosistemi, ha affermato Zhiping Zhong, autore principale dello studio e ricercatore associato presso il Byrd Polar and Climate Research Center dell’Ohio State University.

“È importante capire come i microrganismi guidano i processi del metano”, ha affermato Zhong, che è anche un microbiologo le cui ricerche studiano come i microbi si evolvono in ambienti diversi. “I contributi microbici al metabolismo del metano sono stati studiati per decenni, ma la ricerca in campo virale rimane in gran parte poco studiata e vogliamo saperne di più”.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura.

Il ruolo dei virus nelle emissioni di gas serra

I virus hanno contribuito ad alimentare tutti i processi ecologici, biogeochimici ed evolutivi sulla Terra, ma gli scienziati hanno iniziato a esplorare i loro collegamenti con il cambiamento climatico solo in tempi relativamente recenti. Ad esempio, il metano è il secondo maggior responsabile delle emissioni di gas serra dopo l’anidride carbonica, ma è prodotto in gran parte da organismi unicellulari chiamati archaea.

“I virus sono l'entità biologica più abbondante sulla Terra”, ha affermato Matthew Sullivan, coautore dello studio e professore di microbiologia presso il Center for Microbiome Sciences dell'Ohio State. “Qui espandiamo ciò che sappiamo sui loro effetti aggiungendo i geni del ciclo del metano alla lunga lista di geni virus– Geni metabolici codificati. Il nostro team ha cercato di rispondere in che misura i virus del “metabolismo microbico” effettivamente manipolano durante l’infezione.

Anche se il ruolo vitale che i microbi svolgono nell’accelerare il riscaldamento globale è ormai ben noto, si sa poco su come i geni legati al metabolismo del metano, codificati dai virus che infettano questi microbi, influenzano la produzione di metano, ha detto Zhong. Risolvere questo mistero è ciò che ha portato Zhong e i suoi colleghi a trascorrere quasi un decennio raccogliendo e analizzando campioni di DNA microbico e virale da serbatoi microbici unici.

Uno dei luoghi più importanti scelti dal team per lo studio è il Lago di Vrana, che fa parte di una riserva naturale in Croazia. All’interno dei sedimenti lacustri ricchi di metano, i ricercatori hanno scoperto un’abbondanza di geni microbici che influenzano la produzione e l’ossidazione del metano. Inoltre, hanno esplorato diverse comunità virali e scoperto 13 tipi di AMG che aiutano a regolare il metabolismo dell'ospite. Tuttavia, non ci sono prove che questi virus codifichino direttamente i geni stessi del metabolismo del metano, suggerendo che il potenziale impatto dei virus sul ciclo del metano varia a seconda del loro habitat, ha detto Zhong.

Impatti su bestiame e ambiente

Nel complesso, lo studio ha rivelato che è più probabile che un numero maggiore di AMG del metabolismo del metano si trovino negli ambienti associati all'ospite, come l'interno dello stomaco di una mucca, mentre meno di questi geni si trovano negli habitat ambientali, come i sedimenti lacustri. Poiché le mucche e altri animali sono anche responsabili della generazione di circa il 40% delle emissioni globali di metano, il loro lavoro suggerisce che la complessa relazione tra virus, organismi e ambiente nel suo insieme potrebbe essere più intricata di quanto si pensasse in precedenza.

“Questi risultati indicano che gli impatti globali causati dai virus sono sottostimati e meritano maggiore attenzione”, ha affermato Zhong.

Anche se non è chiaro se le attività umane abbiano influenzato l’evoluzione di questi virus, il team si aspetta che le nuove conoscenze derivanti da questo lavoro aumenteranno la consapevolezza sul potere degli agenti infettivi che popolano tutta la vita sulla Terra. Tuttavia, per continuare a conoscere meglio i meccanismi interni di questi virus, saranno necessari ulteriori esperimenti per comprendere meglio il loro contributo al ciclo del metano sulla Terra, ha detto Zhong, soprattutto mentre gli scienziati lavorano per trovare modi per mitigare le emissioni di metano causate dai microbi.

“Questo lavoro è un passo iniziale verso la comprensione degli impatti virali del cambiamento climatico”, ha affermato. “Abbiamo ancora molto da imparare.”

Riferimento: “Il potenziale virale per modulare il metabolismo microbico del metano varia in base all’habitat” di Zhi-Ping Zhong, Jingjie Du, Stephan Köstlbacher, Petra Pjevac, Sandi Orlić e Matthew B. Sullivan, 29 febbraio 2024, Comunicazioni sulla natura.
doi: 10.1038/s41467-024-46109-x

Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Science Foundation, dalla Croatian Science Foundation, dalla Gordon and Betty Moore Foundation, dalla Hysing-Simons Foundation, dall’Unione Europea e dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Tra i coautori figurano Jinji Du dell'Ohio State, Stefan Kostelbaker e Petra Bejevac dell'Università di Vienna e Sandy Orlich del Ruder Boškovitch Institute.