Una spinta importante alla ricerca metagenomica in Europa
L’arrivo di tecnologie di sequenziamento del DNA più potenti ed efficienti in termini economici ha ampliato la scoperta di geni e gli studi di caratterizzazione a partire da singoli organismi, passando per microbiomi, fino a giungere a complessi invertebrati e comunità di vertebrati. Le informazioni ottenute dai metagenomi incrementano le conoscenze sulla ricchezza delle specie e sulla loro abbondanza relativa (valutazione della biodiversità), su come le specie si suddividono in differenti habitat (suddivisione delle specie) e il loro ruolo nelle reti alimentari. Inoltre, vari organismi sono utilizzati per monitorare i cambiamenti ambientali e fungono da eccellenti modelli per comprendere le interazioni biologiche e i cambiamenti evoluzionistici. Il progetto EnvMetaGen, finanziato dall’UE, è stato lanciato per promuovere la capacità tecnologica e di ricerca di InBIO, incrementando in tal modo la qualità e i risultati della ricerca sulla metagenomica. Il meccanismo di finanziamento ha consentito all’istituto di costruire un team comprendente molti ricercatori internazionali in aggiunta ai ricercatori di origine portoghese che avevano lasciato il paese. Finora, InBIO ha portato avanti con successo una collaborazione con oltre 12 organizzazioni e istituti in tutta Europa. Una collezione di riferimento per gli insetti Uno dei principali risultati del progetto è stato il lancio della InBIO Barcoding Initiative, una campagna per la raccolta di codici a barre del DNA di taxa di invertebrati portoghesi. Finora, i ricercatori hanno definito il codice a barre di migliaia di specie di invertebrati, in particolare insetti, inclusi parassiti agricoli e delle foreste, nuove specie esotiche in Europa e specie non conosciute in precedenza dalla scienza. Questa iniziativa è particolarmente importante vista la carenza di raccolte complete di riferimento nell’hotspot di biodiversità del bacino mediterraneo, in particolare per taxa di invertebrati, che ostacola l’applicazione di approcci di metagenomica nella ricerca sulla biodiversità. Per esempio, attraverso questa iniziativa è stato possibile definire il codice a barre di molti insetti acquatici altamente diversi quali effimere, plecotteri, tricotteri, libellule e damigelle, per i quali essi non erano disponibili. «Questi insetti che si trovano in habitat d’acqua dolce trascorrono il loro stadio larvale sott’acqua. La loro elevata sensibilità ai cambiamenti nell’ambiente li rende degli eccellenti indicatori della salute dell’ecosistema acquatico», afferma il dott. Pedro Beja, coordinatore del progetto. Benefici della metagenomica Il DNA ambientale analizzato dalla metagenomica offre un metodo semplice per studiare organismi che sono inafferrabili o a rischio senza esercitare su di essi uno stress antropogenico. Per di più, è utile per scoprire delle specie nella fase iniziale dell’invasione, quando presentano ancora basse densità di popolazione. La metagenomica offre inoltre uno strumento potente per valutare la biodiversità all’interno di un habitat. Pensando a questo, i ricercatori si sono concentrati su metodi migliorati per isolare ed estrarre il DNA per l’analisi mediante metabarcoding di piccoli corpi idrici torbidi che sono presenti nelle zone aride. I risultati sono molto rilevanti per la valutazione della biodiversità, dato che queste acque solitamente ospitano un gran numero di specie differenti di vertebrati. Un altro studio si è concentrato su come l’utilizzo di conservanti in campioni d’acqua, quali ad esempio l’etanolo, può migliorare il metabarcoding del DNA di macroinvertebrati. «Recuperare il DNA delle specie da campioni d’acqua offre un metodo efficace e a basso costo per monitorare la degradazione dell’ambiente acquatico», spiega il dott. Beja. EnvMetaGen ha inoltre sfruttato il potere della metagenomica per aumentare la comprensione delle abitudini alimentari delle specie attraverso l’analisi di frammenti di DNA isolati da feci di pipistrelli, uccelli e altri vertebrati. «L’identificazione e la quantificazione di collegamenti trofici tra le specie può aiutare a costruire le reti alimentari più dettagliate e complesse di sempre», conclude il dott. Beja. «Per esempio, una migliore comprensione delle interazioni tra predatori e insetti parassiti dell’agricoltura potrebbe contribuire a ridurre l’uso di pesticidi nei sistemi di coltivazione europei». I risultati del progetto sono stati divulgati attraverso numerosi articoli pubblicati in riviste a revisione paritaria. Anche la partecipazione a varie conferenze e l’organizzazione di workshop hanno aiutato a garantire la disseminazione di questi risultati di valore.
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