Culture media and incubation temperature shape the recovery of aerobic bacteria from contrasting Antarctic soils

I suoli ghiacciati dell'Antartide sono tra gli ambienti più estremi della Terra, un luogo dove la vita deve resistere al freddo persistente, ai venti essiccanti e alla scarsità di cibo. Eppure, sotto il ghiaccio e all'interno dei sottili strati di suolo, persiste un mondo nascosto di vita microscopica. Gli scienziati sanno da tempo che questi batteri adattati al freddo non stanno solo sopravvivendo, ma stanno attivamente plasmando i loro ecosistemi, decomponendo la materia organica e riciclando i nutrienti in modi che rimangono in gran parte misteriosi. Per comprenderli, i ricercatori devono prima essere in grado di coltivarli in laboratorio. Questo è un compito difficile perché la stragrande maggioranza dei batteri in natura rifiuta di crescere sui piatti standard e nelle condizioni calde che gli scienziati utilizzano tipicamente. La frazione di vita che può essere coltivata in laboratorio è spesso solo un piccolo, parziale campione della vera diversità presente in natura. Capire come convincere questi organismi ostinati a crescere è essenziale, non solo per catalogare ciò che esiste, ma anche per sbloccare il loro potere di aiutarci a comprendere l'adattamento e, forse, anche per scoprire nuovi tratti utili.

Un team di ricercatori provenienti dal Brasile si è posto l'obiettivo di risolvere questo problema testando come diverse condizioni di laboratorio influenzino la capacità di crescita dei batteri provenienti da tre siti di suolo antartico molto diversi tra loro. Hanno raccolto campioni da un'area fangosa ricca di materia organica in decomposizione, da uno strato congelato di permafrost e da un suolo pesantemente arricchito da escrementi di pinguini. Invece di utilizzare un singolo metodo, hanno creato una rete ampia, distribuendo i campioni di suolo su venti diversi tipi di terreni di coltura e incubandoli a tre temperature distinte: un freddo otto gradi Celsius, un moderato venticinque gradi e un caldo trentasette gradi. Hanno lasciato che queste colture crescessero fino a quarantacinque giorni, un tempo lungo in laboratorio, per vedere quali batteri sarebbero infine apparsi.

I risultati hanno mostrato che la scelta delle condizioni cambiava drasticamente quali batteri potevano essere trovati. In totale, il team ha recuperato 373 ceppi batterici individuali. Il suolo dal fango organico in decomposizione ha prodotto il maggior numero di batteri, seguito dal permafrost ghiacciato, con il suolo dei pinguini che ha dato il numero minore. Osservando la temperatura, la condizione moderata a venticinque gradi è stata la più efficace, facendo crescere il maggior numero di batteri, seguita da vicino dalla condizione fredda di otto gradi. L'impostazione calda a trentasette gradi ha fatto crescere molti meno batteri, ma ha rivelato un gruppo specifico di batteri tolleranti al calore che le impostazioni più fredde avevano mancato. Questa scoperta suggerisce che nessuna singola temperatura è sufficiente per catturare l'intera gamma di vita; al contrario, l'uso di un intervallo di temperature rivela gruppi di organismi diversi e complementari.

Il tipo di cibo fornito ai batteri era altrettanto importante quanto la temperatura. I ricercatori hanno scoperto che le piastre ricche e dense di nutrienti, che vengono spesso utilizzate nella microbiologia generale, facevano crescere il maggior numero di batteri. Un tipo specifico di piastra contenente carbone attivo è stato particolarmente efficace, probabilmente perché il carbone assorbe le sostanze nocive che potrebbero altrimenti impedire la crescita dei batteri. Al contrario, le piastre altamente specializzate progettate per mirare a tipi specifici di batteri hanno fatto crescere pochissime colonie. Ciò indica che, sebbene gli strumenti specializzati possano trovare organismi rari, gli ambienti ampi e ricchi di nutrienti sono migliori per scoprire la diversità generale del suolo.

Tra i batteri che sono cresciuti, due gruppi sono comparsi ripetutamente in quasi tutte le condizioni: Arthrobacter e Pseudarthrobacter. Questi sono stati i residenti più comuni trovati nello studio. Tuttavia, anche la temperatura ha agito come un filtro. L'impostazione fredda di otto gradi era l'unico modo per far crescere determinati gruppi amanti del freddo come Psychrobacter e Polaromonas, noti per prosperare in ambienti gelidi. L'impostazione più calda di trentasette gradi, pur facendo crescere meno batteri totali, ha fatto crescere con successo tipi tolleranti al calore come Bacillus e Staphylococcus. Questo conferma che diverse temperature agiscono come chiavi diverse, sbloccando diverse parti della comunità batterica che altrimenti rimarrebbero nascoste.

Lo studio ha anche evidenziato che la fonte originale del suolo era importante. Il sito fangoso e ricco di materia organica ha prodotto una varietà più ampia di batteri, inclusi molti associati all'acqua e alla decomposizione di materiale organico complesso. Il suolo del permafrost ghiacciato ha fornito una collezione di batteri più uniforme, dominata dal duro gruppo Arthrobacter, riflettendo le condizioni aspre e povere di nutrienti di quell'ambiente. Persino il suolo dei pinguini, che è ricco di nutrienti derivanti dagli escrementi degli uccelli, ha prodotto meno batteri del previsto, suggerendo che altri fattori come la composizione chimica ne limitino la crescita.

In definitiva, questa ricerca dimostra che per comprendere veramente la vita microbica dell'Antartide, gli scienziati non possono affidarsi a un singolo metodo. Combinando una vasta gamma di fonti di cibo e temperature, sono stati in grado di recuperare una collezione molto più ricca di batteri vitali rispetto a quanto sarebbe stato possibile con le tecniche standard. Il team possiede ora una biblioteca di 373 ceppi batterici viventi che possono essere studiati ulteriormente. Questi ceppi offrono una risorsa fisica reale per la ricerca futura su come la vita si adatta al freddo estremo, come questi batteri funzionano nei loro ecosistemi e quali capacità uniche potrebbero possedere. Il lavoro conferma che la strada per scoprire il mondo invisibile dei microbi polari risiede nell'espandere l'intervallo di condizioni che utilizziamo per portarli alla luce.