Diversità microbica antartica: ricerca di nuove specie e molecole con potenziale biotecnologico

Microbial biodiversity in extreme environments is acknowledged as an invaluable biotechnological resource. The Southern Ocean is characterized by freezing temperatures, high salinity, and oligotrophic conditions; however, the exploration of its microbial communities has been limited. During this PhD thesis, part of the PNRA ANT-Biofilm project, biodiversity of microbial biofilms grown on plastic substrates in Terra Nova Bay (Ross Sea, Antarctica) was first assessed using culture-independent (16S rRNA amplicon sequencing) and -dependent (strain isolation) methods. Subsequently, production of enzymes involved in the degradation and upcycling of lignocellulose and chitin was investigated and elucidated. The Antarctic marine Halomonas sp. M68 possessed the highest ligninolytic activity, leading to the identification of an intracellular thermo- and halo-tolerant laccase, showing promises for lignin valorisation and contaminated environments bioremediation. In parallel, the Antarctic biofilm Acinetobacter pittii C33, together with soil Streptomyces sp. MEL8, were revealed to produce chitin deacetylase enzymes, able to deacetylate colloidal chitin and commercial chitosan, whose biochemical features could be advantageous for the sustainable bioprocessing of crustacean shells, as well as fungal and insect waste biomasses. Finally, the antibiotic resistance profiles of the Antarctic biofilm isolates were determined through a phenotypic approach, hinting at a widespread antibiotic resistome, with higher levels in biofilms compared to seawater. This reinforces the need for careful long-term monitoring of Antarctica, lest it turns into an underestimated antimicrobial resistance reservoir in the global crisis.

La biodiversità microbica in ambienti estremi è riconosciuta come un’inestimabile risorsa biotecnologica. L’Oceano Antartico è caratterizzato da basse temperature, elevata salinità e scarsità di nutrienti; tuttavia, l’esplorazione delle sue comunità microbiche locali è stata sinora limitata. Durante questa tesi di dottorato, parte del progetto PNRA ANT-Biofilm, la biodiversità di biofilm cresciuti su pannelli di plastica nella Baia di Terra Nova (Antartide) è stata prima valutata attraverso metodi coltura-indipendenti e -dipendenti. La produzione di enzimi coinvolti nella degradazione e riciclo di lignocellulosa e chitina è poi stata caratterizzata. Il batterio marino antartico Halomonas sp. M68 ha mostrato la più elevata attività ligninolitica, permettendo di identificare una laccasi intracellulare, che potrà essere impiegata nella valorizzazione della lignina o nel biorisanamento, grazie alla sua stabilità termica e tolleranza ai sali. Al contempo, nel ceppo antartico Acinetobacter pittii C33 e nell’isolato da suolo Streptomyces sp. MEL8 è stata riscontrata la produzione di chitina deacetilasi, con attività di deacetilazione su chitina colloidale e chitosano commerciale, le cui proprietà biochimiche risultano vantaggiose per il processamento sostenibile di biomasse di scarto da crostacei, funghi e insetti. Infine, i profili fenotipici di antibiotico resistenza degli isolati da biofilm sono stati determinati, rivelando una diffusa antibiotico resistenza con livelli maggiori rispetto a quelli dell’acqua circostante. Questo conferma la necessità di monitorare attentamente l’ambiente antartico, per evitare che il suo ruolo di serbatoio di antibiotico resistenza nel panorama mondiale venga sottovalutato.