Cianobatteri e variazioni ambientali: meffetti sui lipidi di membrana e sulle desaturasi

I cianobatteri (phylum Cyanophyta) sono un gruppo di microrganismi procarioti, comprendente sia forme unicellulari sia specie filamentose pluricellulari, in grado di effettuare la fotosintesi ossigenica come alghe e piante. I cianobatteri costituiscono il phylum Cyanophyta, che risulta suddiviso in quattro ordini: Chroococcales, Oscillatoriales, Nostocales e Stigonematales. La loro natura procariotica, la presenza di numerose specie criptiche e la coesistenza di diversi sistemi di classificazione rendono particolarmente complessa l’identificazione tassonomica di questi organismi. Attualmente, per caratterizzare i cianobatteri, la maggior parte degli autori utilizza un approccio di tipo polifasico. I cianobatteri presentano specifiche caratteristiche morfologiche e fisiologiche che consentono loro di colonizzare vari tipi di substrato e di adattarsi ad ampi cambiamenti ambientali. Uno dei meccanismi adottati dai cianobatteri per far fronte a condizioni ambientali estreme è il mantenimento della fluidità e, quindi dell’efficienza, delle membrane biologiche al variare di diversi parametri ambientali (adattamento omeoviscoso). Le membrane biologiche, infatti, hanno un ruolo centrale nelle cellule, essendo la sede di numerose attività metaboliche. Fra le componenti fondamentali delle membrane dei cianobatteri ci sono quattro diversi glicerolipidi (MGDG, DGDG, SQDG, PG) e vari tipi di carotenoidi. La fluidità e l’efficienza delle membrane cianobatteriche sono strettamente connesse con il grado di insaturazione degli acidi grassi esterificati ai glicerolipidi e con il tipo di carotenoidi presenti. Alcuni enzimi coinvolti nella regolazione del grado di insaturazione degli acidi grassi sono le desaturasi degli acidi grassi. Questi enzimi, infatti, inseriscono doppi legami nelle catene aciliche delle molecole lipidiche. Nei cianobatteri sono state finora ritrovate quattro tipi di desaturasi (?6 desaturasi, ?9 desaturasi, ?12 desaturasi, ?3 desaturasi) che differiscono per la posizione in cui inseriscono il doppio legame nella catena acilica. Il primo scopo di questo progetto di Dottorato è stata la caratterizzazione di un cianobatterio filamentoso isolato dai fanghi del Comprensorio termale Euganeo (PD). Durante il processo di maturazione, infatti, il fango delle vasche è colonizzato da numerosi microrganismi, ma principalmente da cianobatteri, considerati responsabili della maggior parte delle proprietà terapeutiche del fango. La caratterizzazione di questo ceppo filamentoso (ceppo ETS-02) è stata condotta utilizzando un approccio polifasico, comprendente indagini morfologiche, ultrastrutturali, biochimiche, fisiologiche e molecolari. Da tali analisi l’organismo è risultato appartenente all’ordine Oscillatoriales, alla famiglia Phormidiaceae e all’VIII gruppo del genere Phormidium. Esso è stato, quindi, denominato Phormidium sp. ETS-02. Questo ceppo presenta alcune peculiarità, come la capacità di fissare l’azoto. E’ stata trovata, poi, la presenza di ficoeritrocianina, una ficobiliproteina limitata a un numero ristretto di cianobatteri, e di una particolare forma di C-ficocianina. L’ambiente delle vasche del Comprensorio Euganeo è soggetto a considerevoli variazioni diurne e stagionali di temperatura e di luce. Un ulteriore scopo di questa tesi di Dottorato è stato, quindi, lo studio dell’adattamento a livello delle membrane di Phormidium sp. ETS-02, mantenendolo in diverse condizioni di temperatura e luce. L’attenzione è stata focalizzata, in particolare, sulla variazione nella composizione in acidi grassi e in carotenoidi. Sono state prese, anche, in considerazione eventuali variazioni nella morfologia e nell’ultrastruttura di ETS-02, alle diverse condizioni di mantenimento. Le analisi condotte hanno messo in luce che gli acidi grassi e i carotenoidi contribuiscono in maniera sinergica e complementare al mantenimento e alla funzionalità delle membrane biologiche di Phormidium sp. ETS-02. Inoltre, non solo la temperatura, come atteso, ma anche la luce influenza la composizione in acidi grassi delle membrane. In particolare, la temperatura agisce sul grado di insaturazione generale, mentre la luce sulla presenza di determinate specie aciliche (acido ?-linolenico). Per quanto riguarda i carotenoidi, il contenuto delle mixoxantofille presenta le maggiori variazioni fra le diverse condizioni di temperatura e di luce. Un’ultima parte del progetto di ricerca ha avuto come scopo l’individuazione e la determinazione delle sequenze complete dei geni delle desaturasi degli acidi grassi di Phormidium sp. ETS-02. Il genoma di tale organismo contiene tre geni di desaturasi: desA, desB e desC, codificanti per la ?12, la ?3 e la ?9 desaturasi rispettivamente. Le sequenze aminoacidiche ottenute sono state impiegate, assieme a quelle disponibili nel database Genbank, per un’analisi dell’evoluzione molecolare di questi enzimi a livello del phylum Cyanophyta. I cladi osservati nella ricostruzione filogenetica, ottenuta con il metodo del maximum likelihood, sembrano rispecchiare le relazioni filogenetiche fra i vari taxa e/o l’ambiente di provenienza dei cianobatteri a cui le sequenze appartengono.