Tracciare il ciclo globale del carbonio marino a livello molecolare
L’oceano ospita una vasta riserva di carbonio organico disciolto, gran parte del quale è composto da glicani, molecole a base di zucchero create dagli organismi fotosintetici. I glicani sono molecole molto diverse tra loro e le prove emergenti suggeriscono che alcuni tipi di glicani possono sequestrare il carbonio per centinaia di anni. «Per comprendere meglio i flussi di glicani del carbonio marino a livello molecolare, abbiamo bisogno di strumenti chimici di precisione», spiega Conor Crawford, ricercatore post-dottorato presso l’Istituto Max Planck sui colloidi e le interfacce. «Questi strumenti ci permetteranno di affrontare scientificamente le questioni poste dalla ricerca sul ciclo del carbonio marino con lo stesso rigore tecnico richiesto dalla ricerca medica», aggiunge. Nel progetto MARINEGLYCAN, intrapreso con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, Crawford e i suoi colleghi hanno cercato di colmare questo divario tecnologico sviluppando una serie di strumenti biochimici per studiare come i glicani marini fluiscono negli ecosistemi. Questo sforzo transdisciplinare ha integrato chimica, microbiologia, biochimica ed ecologia. Gli obiettivi principali del progetto comprendevano la creazione di piccole molecole inibitrici per regolare il ciclo microbico del carbonio, lo sviluppo di strumenti per rilevare e quantificare la degradazione dei glicani in comunità complesse e l’avanzamento della sintesi automatizzata dei glicani.
Attenzione alle microalghe marine
Le microalghe marine svolgono un ruolo cruciale nella cattura e nello stoccaggio di CO2 sotto forma di glicani. Una migliore comprensione di questo processo potrebbe aprire nuove strade per il sequestro del carbonio, con un impatto significativo sui livelli di CO2 nell’atmosfera. «In prospettiva, un aumento dell’1 % del bacino di carbonio di carboidrati o glicani avrebbe un effetto maggiore sui livelli di CO2 atmosferica rispetto alla cessazione immediata della combustione di tutti i combustibili fossili da parte dell’uomo», spiega Crawford. Nel corso del progetto, i ricercatori hanno sviluppato metodi automatizzati per sintetizzare diversi tipi di glicani marini e strumenti, come le sonde FRET (trasferimento di energia in risonanza alla Förster). Questi sensori molecolari possono essere utilizzati per rilevare, quantificare e isolare microbi con rare attività di degradazione del carbonio in modo basato sull’attività, cosa non possibile con la tecnologia attuale. Il team ha utilizzato queste innovazioni con i suoi collaboratori per esplorare, definire ed espandere la nostra comprensione di come i microbi e le microalghe interagiscono. «Ogni strumento ci ha permesso di studiare come i glicani algali e le proteine microbiche interagiscono a livello molecolare», osserva Crawford. «Questa comprensione biomolecolare è fondamentale per capire come e quali tipi di glicani vengono rapidamente digeriti, rilasciati nell’atmosfera sotto forma di CO2 e identificare quelli in grado di immagazzinare il carbonio per centinaia o addirittura migliaia di anni.» Migliorare la nostra comprensione dei glicani algali, dei meccanismi di degradazione microbica e del ciclo complessivo del carbonio pone le basi per l’innovazione, che è fondamentale per affrontare l’emergenza legata al clima e alla biodiversità, afferma Crawford. Gli strumenti sviluppati nell’ambito del progetto potrebbero essere utilizzati anche per scoprire gli epitopi bioattivi dei glicani marini solfatati, noti per le loro proprietà antivirali, antitumorali e neuroprotettive. «Il team rimane impegnato ad approfondire le complessità molecolari delle alghe, anche se la traiettoria futura di questa ricerca dipende in modo significativo dall’ottenimento di finanziamenti», spiega.
Parole chiave
MARINEGLYCAN, ciclo del carbonio, oceano, glicano, sintesi, chimica, strumenti
