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Il microbiota dei coralli: un universo nascosto Skip to main content

I coralli sono un esempio di magnifica interazione tra tantissime specie batteriche e animali. Scopriamo insieme l’importanza di questi microrganismi!

Le barriere coralline sono uno degli ecosistemi marini biologicamente più diversificati ed economicamente importanti del pianeta. Questo ecosistema fornisce servizi fondamentali per l’uomo, come pesca, turismo e protezione costiera.

Conosciute come le “foreste pluviali del mare” a causa della loro eccezionale biodiversità, le barriere coralline coprono meno dello 0,1% del fondale oceanico, eppure ospitano oltre il 25% di tutte le specie marine ad oggi conosciute. Nonostante il loro ruolo ecologico chiave, le barriere coralline sono estremamente minacciate da:

  • Cambiamento climatico, il quale provoca un aumento di temperatura e conseguente “sbiancamento” dei coralli;
  • Acidificazione oceanica che, causando l’abbassamento del pH dell’acqua di mare, porta a un processo di “decalcificazione” dei coralli, che si deteriorano;
  • Attività antropica diretta, come pesca distruttiva, sversamenti e rilascio di inquinanti.

Photo by yang wewe on Unsplash

La recente consapevolezza che la salute e il funzionamento di tutti gli organismi siano strettamente legati al loro microbioma, ovvero l’insieme del patrimonio genetico e delle interazioni ambientali dei microrganismi presenti in un ambiente definito, insieme al rapido declino delle barriere coralline in tutto il mondo, ha stimolato ricerche approfondite sulla diversità e sui ruoli dei microrganismi associati ai coralli.

L’OLOBIONTE

I coralli sono simbiosi intimamente coevolute formate da polipi, alghe unicellulari e microbi associati. Questo complesso assemblaggio simbiotico è stato definito “olobionte“. L’olobionte del corallo può essere separato in tre principali componenti: l’ospite cnidariano, ovvero i polipi, le alghe Symbiodiniaceae, conosciute come zooxantelle, e il microbiota.

Queste associazioni sono dinamiche e flessibili: nel corso della loro vita, i coralli possono espellere i loro simbionti dinoflagellati, come le zooxantelle, e acquisirne di nuovi, che possono modificare significativamente gli attributi fisiologici dell’olobionte del corallo. Questa flessibilità permette associazioni con gruppi di simbionti che possono essere più efficaci a seconda delle condizioni ambientali, aiutando la risposta dell’olobionte ai fattori di stress ambientale ed è proprio questa caratteristica che ha spinto gli scienziati a studiare le interazioni tra coralli e altri microbi.

Polipi di coralli – foto via Canva

L’IMPORTANZA DEL MUCO CORALLINO

Nel complesso, l’ospite corallino rappresenta una grande diversità di microhabitat (cavità gastrointestinale, tessuto, scheletro e strato di muco), ognuno dei quali ospita uno specifico insieme di microbi e repertori funzionali associati, sottolineando gli importanti effetti della partizione del microhabitat sulla struttura e sulla funzione del microbioma corallino.

La maggior parte dei batteri associati ai coralli risiede nello strato di muco superficiale, che copre l’ectoderma del polipo, ovvero la parte di tessuto più esterna. Si tratta di un habitat ricco di nutrienti con un’elevata quantità di composti organici e inorganici disciolti, all’interno del quale il microbiota commensale interagisce con i potenziali patogeni e le variazioni ambientali. 

IL MICROBIOTA

Nei coralli duri il microbiota comprende una vasta gamma di organismi microbici, tra cui archea, batteri, eucarioti (alghe endolitiche, funghi, protisti) e virus, ognuno dei quali svolge un ruolo chiave nella regolazione della fisiologia dell’olobionte, compresa l’acquisizione di nutrienti (come fosforo, azoto e zolfo), la protezione contro gli agenti patogeni, il condizionamento del sistema immunitario e della tolleranza allo stress.  L’ospite corallino, a sua volta, fornisce diverse nicchie (tessuto, scheletro e muco) per i microbi, così come nutrienti e carbonio. Il microbiota associato ai coralli di barriera è stato riportato come uno dei più diversi, con 37 Phyla batterici descritti, tra cui i generi Endozoicomonas, Vibrio e Serratia tra i più rappresentati.

In particolare, si è osservato che la presenza di Endozoicomonas nell’ecosistema marino è associata alla salute generale dei coralli, fungendo da indicatore del loro benessere, oltre a ridurre la presenza di batteri patogeni che potrebbero tentare di infettare il corallo. Altre funzioni associate a Endozoicomonas riguardano la sintesi di aminoacidi e vitamine, il suo apporto ai cicli dell’azoto e dello zolfo e il trasferimento di molecole organiche che aiutano avidamente nella nutrizione del suo ospite; la loro esatta funzione e il modo in cui la presenza di questi batteri influisca su tutti gli organismi è ancora da determinare.

Foto via Canva

CORAL BLEACHING 

Sebbene il fenomeno del coral bleaching, ovvero lo sbiancamento dei coralli indotto dallo stress termico, sia innescato dalla rottura della simbiosi tra coralli e dinoflagellati, questo processo è spesso accompagnato da cambiamenti nella composizione della comunità batterica associata al corallo. In condizioni di stress, infatti, il microbiota perde di eterogeneità e diventa più accessibile a specie potenzialmente patogene. 

Uno dei patogeni più diffusi è il Vibrio coralliilyticus, batterio isolato per la prima volta nel 2002 dal corallo Pocillopora damicornis. Viene correlato allo sbiancamento e, in particolare, alla sindrome bianca (White Syndromes), patogenesi temperatura-dipendente riscontrata in alcune famiglie di coralli madreporari. La temperatura, infatti, è un fattore ambientale cruciale per la patogenesi di Vibrio coralliilyticus quando supera i 25°C. Pertanto, si è osservato un forte legame con la presenza di ondate di calore degli ultimi anni. La White Syndrome è riconoscibile per la presenza di aree diffuse di perdita di tessuto, adiacenti alle parti sane del corallo. 

Coral bleaching – Foto via Canva

APPROCCI BIO – INGEGNERISTICI 

L’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) prevede l’aumento delle temperature globali tra 0,4°C e 1,1°C entro il 2025 e, nello scenario più pessimistico, fino a 5,8°C entro il 2100 (IPCC, 2013), con possibili conseguenze catastrofiche sugli ecosistemi della barriera corallina. Man mano che avanziamo nell’Antropocene, l’epoca geologica che stiamo vivendo, in cui le attività umane incidono sui processi geologici, il destino delle barriere coralline è particolarmente preoccupante e ha guidato lo sviluppo di potenziali approcci per mitigare gli impatti climatici. In particolare, l’obiettivo è quello di migliorare la resistenza e la resilienza dei coralli, utilizzando diversi approcci bio ingegneristici che riguardano principalmente la manipolazione del microbioma corallino (BMC). Questi nuovi approcci includono, per esempio:

  • L’uso di microbiomi naturali, Inoculando nei coralli malati delle popolazioni batteriche che provengono da coralli sani per ristabilirne l’equilibrio;
  • Inoculazione di microbiomi sintetici creati in laboratorio;
  • Modificazione genetica, utilizzando ceppi batterici modificati geneticamente in grado di resistere allo stress a cui il corallo è sottoposto;
  • Terapia dei fagi, ovvero virus che infettano i batteri in maniera specifica e che, se aggiunti ad una fase iniziale dello sbiancamento, sono in grado di ripristinare una condizione di salute ottimale del corallo.

Foto via Canva

È importante considerare che i coralli sono in generale animali sessili che vivono attaccati al substrato e longevi, che non possono sfuggire ai cambiamenti del loro ambiente spostandosi altrove. Le strategie per far fronte e sopravvivere a un rapido cambiamento ambientale sono quindi fondamentali per assicurare la sopravvivenza delle barriere coralline e l’associazione con diversi taxa batterici a seconda delle necessità può essere un modo per selezionare il microbioma più vantaggioso e benefico in un particolare ambiente. 

BIBLIOGRAFIA:
  • Boilard, A., Dubé, C. E., Gruet, C., Mercière, A., Hernandez-Agreda, A., & Derome, N. (2020). Defining coral bleaching as a microbial dysbiosis within the coral holobiont. Microorganisms, 8(11), 1682.
  • Krediet, C. J., Ritchie, K. B., Paul, V. J., & Teplitski, M. (2013). Coral-associated micro-organisms and their roles in promoting coral health and thwarting diseases. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 280(1755), 20122328.
  • Maire, J., & van Oppen, M. J. (2022). A role for bacterial experimental evolution in coral bleaching mitigation?. Trends in microbiology, 30(3), 217-228.
  • Van Oppen, M. J., & Blackall, L. L. (2019). Coral microbiome dynamics, functions and design in a changing world. Nature Reviews Microbiology, 17(9), 557-567.
  • Rosado, P.M., Leite, D.C.A., Duarte, G.A.S. et al. Marine probiotics: increasing coral resistance to bleaching through microbiome manipulation. ISME J 13, 921–936 (2019). 
  • Vanwonterghem, I., & Webster, N. S. (2020). Coral reef microorganisms in a changing climate. Iscience, 23(4).
Autrice: Zenab Irshaid 

Zenab è laureanda magistrale in Ecobiologia marina presso l’Università La Sapienza di Roma. Da sempre affascinata del mondo marino, in particolare ha una grande passione per i cetacei. Crede fortemente nell’importanza della divulgazione, per contribuire a far scoprire il mondo della scienza a tutti. Se fosse un animale marino sarebbe un’orca, forte e indipendente ma anche socievole e curiosa. Condivide anche il soprannome con l’orca Zena!

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