Nel lago Erie, uno dei Grandi Laghi nordamericani, si consuma ogni estate un fenomeno che preoccupa sempre più ricercatori e autorità sanitarie: la formazione di estese fioriture algali tossiche. Ora, un team dell'Università del Michigan è riuscito a identificare con precisione il responsabile di una delle neurotossine più potenti presenti in queste acque, aprendo nuove prospettive per il monitoraggio e la gestione di questi eventi potenzialmente letali. La scoperta, pubblicata sulla rivista Environmental Science & Technology, si inserisce in un contesto di crescente urgenza legato al cambiamento climatico, che sta alterando profondamente gli equilibri biologici dei laghi temperati.
Il protagonista di questa storia è Dolichospermum, un genere di cianobatteri comunemente noti come alghe azzurre. Attraverso tecniche avanzate di sequenziamento genomico, i ricercatori hanno dimostrato che specifici ceppi di questo organismo sono capaci di produrre sassitossina, una molecola appartenente alla famiglia delle neurotossine considerate tra le più velenose esistenti in natura. La scoperta assume particolare rilievo alla luce di eventi passati: nel 2014, un'altra tossina prodotta da cianobatteri, la microcistina, aveva minacciato seriamente l'approvvigionamento idrico della città di Toledo, in Ohio. Ma già nel 2007 erano stati rilevati segnali della presenza di sassitossina nel lago, senza che si potesse risalire alla sua origine biologica.
La metodologia adottata dal team guidato da Gregory Dick, professore di scienze terrestri e ambientali, rappresenta un esempio significativo di come le tecnologie genomiche moderne possano essere applicate all'ecologia microbica. Paul Den Uyl, primo autore dello studio e ricercatore presso il Cooperative Institute for Great Lakes Research dell'università, ha utilizzato il cosiddetto "shotgun sequencing", una tecnica che permette di leggere indiscriminatamente tutto il DNA presente in un campione d'acqua prelevato direttamente durante le fioriture algali. Ricostruendo un genoma completo da queste sequenze frammentarie, è stato poi possibile identificare i geni specifici coinvolti nella sintesi della sassitossina.
L'analisi ha rivelato che diverse varietà di Dolichospermum coesistono nel lago Erie, ma soltanto alcune possiedono il corredo genetico necessario per sintetizzare la neurotossina. Questo mosaico genetico ha spinto i ricercatori a indagare le condizioni ambientali che potrebbero favorire la proliferazione dei ceppi tossici. Raccogliendo campioni in vari siti del lago durante l'intero ciclo annuale, il team ha misurato l'abbondanza del gene associato alla produzione di sassitossina, scoprendo una correlazione significativa con la temperatura dell'acqua: nelle acque più calde, la presenza di questo gene risultava sistematicamente più elevata.
Come spiega Den Uyl, questa correlazione assume un significato particolare nel contesto del riscaldamento globale: "Sappiamo che i laghi stanno cambiando a causa del cambiamento climatico. Con l'aumento delle temperature delle acque, una delle grandi domande è come questo modificherà le comunità biologiche, comprese le fioriture di cianobatteri dannosi". Gli scienziati hanno inoltre osservato un pattern opposto in relazione ai livelli di ammonio: dove questa forma di azoto era più abbondante, il gene della sassitossina risultava meno comune. La spiegazione potrebbe risiedere in una caratteristica peculiare di Dolichospermum, emersa dall'analisi genomica completa.
Il genoma ricostruito ha infatti rivelato la presenza di geni che conferiscono a questi cianobatteri la capacità di utilizzare l'azoto atmosferico in forma di diazoto molecolare, una risorsa abbondante ma accessibile solo a organismi dotati di specifici apparati enzimatici. "Essere in grado di ottenere azoto in forma di gas diazoto è una sorta di superpotere", commenta Dick, che dirige il CIGLR. "Non molti organismi possono farlo, e questo li rende più competitivi in determinate condizioni". Questo vantaggio adattativo potrebbe spiegare perché questi cianobatteri prosperano anche in ambienti poveri di forme di azoto più facilmente assimilabili come l'ammonio.
Il team ha monitorato la presenza di sassitossina nel Lago Erie per nove anni consecutivi, un periodo ancora insufficiente per determinare tendenze definitive sull'evoluzione futura dei livelli di tossina. Tuttavia, la correlazione con la temperatura osservata finora desta preoccupazione. Dick sottolinea che ora, conoscendo l'identità dell'organismo produttore, sarà possibile mantenere una sorveglianza più mirata: "Possiamo monitorare direttamente l'abbondanza del gene nel tempo. È ancora presto per dire se l'organismo sta diventando più abbondante, ma quella correlazione con la temperatura è preoccupante".
La comprensione delle dinamiche che regolano la produzione di tossine nelle fioriture algali è fondamentale per lo sviluppo di strategie di previsione e gestione di questi fenomeni. Come evidenzia Dick, il valore principale di questa ricerca risiede nella possibilità di comprendere quali condizioni ambientali favoriscono il successo dei ceppi tossici, un'informazione che in prospettiva potrebbe orientare politiche di gestione delle risorse idriche e di mitigazione degli impatti del cambiamento climatico sugli ecosistemi lacustri.