Il microbiota di ambienti estremi: gli estremofili

Gli ambienti estremi sono diffusi in tutto il mondo e comprendono sorgenti idrotermali poste in prossimità, ad esempio, delle aree vulcanicamente attive o delle dorsali oceaniche, ghiacciai e permafrost, habitat iper-salini e acidi, ambienti esposti a radiazioni o con alte pressioni. La biodiversità di microorganismi in questi habitat, seppur limitata, è caratterizzata da specie appartenenti a tutti i domini della vita che hanno sviluppato delle strategie per vivere in questi ambienti che sarebbero altrimenti inabitabili (Shu e Huang, 2022).

Questi organismi sono definiti estremofili: come suggerito dal suffisso “-filia” dal greco “amicizia, amore”, gli estremofili necessitano di una o più condizioni estreme (valori limitanti di temperatura, pH, salinità) per crescere, al contrario gli organismi estremo-tolleranti crescono in condizioni normali ma possono anche sopportare valori fisico-chimici più severi.

Lo studio degli estremofili può essere interessante in diversi ambiti (Raddadi et al., 2015):

Biomedico, grazie all’identificazione di molecole o enzimi che questi organismi utilizzano per vivere in ambienti ostili, ad esempio la produzione di bioplastiche biocompatibili;
Farmacologico, con lo sviluppo di composti in grado di funzionare in condizioni particolari di temperatura o pH come antibiotici o molecole antitumorali;
Biotecnologico, ottenendo enzimi in grado di funzionare ad alte temperature, ad esempio la DNA polimerasi utilizzata per una delle tecniche di laboratorio più comuni, le PCR;
Per la produzione di biocarburanti, considerando che diversi passaggi della produzione prevedono l’utilizzo di alte temperature e pH estremi, ad esempio la produzione di biodiesel da parte di alghe in grado di crescere in condizioni di elevata salinità;
Alimentare, attraverso l’estrazione di molecole che fungono da additivi, come l’antiossidante β-carotene; o di enzimi termostabili per processi di lavorazione degli alimenti, ad esempio l’aggiunta dell’enzima lattasi per la preparazione di latticini senza lattosio per le persone intolleranti.

I cianobatteri estremofili

Anche l’ambiente rappresentato dai fanghi euganei può essere considerato “estremo” per la temperatura dell’acqua termale usata per il processo di maturazione, che porta alla crescita del biofilm verde sulla superfice dei fanghi. Tra i microrganismi che crescono in questo ambiente caratteristico troviamo i cianobatteri, batteri in grado di tollerare anche ambienti estremi.

I cianobatteri sono adattati a vivere in ambienti estremi caratterizzati da parametri fisici o chimici che sarebbero proibitivi per la maggior parte degli organismi viventi: basse temperature (da -2 a 20 °C), alte temperature (maggiori di 45 °C), acidità o alcalinità (pH minore di 4 o maggiore di 8), elevata salinità, alti livelli di radiazioni UV, alte concentrazioni di metalli pesanti o bassa disponibilità di nutrienti. Da notare infine che alcuni ambienti naturali presentano più parametri estremi allo stesso tempo, ad esempio diversi laghi ipersalini sono anche fortemente alcalini e le sorgenti termali (con alte temperature) possono essere acide o alcaline. Gli organismi che crescono in questi ambienti tollerano più fattori estremi, per questo sono definiti poliestremofili (Waditee-Sirisattha et al., 2022).