I microorganismi (Bacteria, Archaea e Virus) hanno un ruolo fondamentale nello strutturare i cicli biogeochimici degli elementi sulla Terra. Grazie alla loro interazione con le molecole a livello di microscala influenzano il mondo macroscopico facendo sì che la Terra e gli Oceani siano abitabili. L’integrazione della conoscenza sul loro funzionamento dal livello di microscala a quello di macroscala è una priorità urgente per poter comprendere e predire le risposte dei diversi ecosistemi marini ai cambiamenti climatici.

La ricerca interdisciplinare condotta nel laboratorio di microbiologia ambientale mira ad approfondire le conoscenze nel campo della microbiologia integrando fisiologia, genetica ed ecologia per poter rispondere alle seguenti domande:1. chi fa cosa nell’ambiente (collegando l’identità filogenetica con la fisiologia dei microrganismi),2. quantificare i tassi metabolici: crescita, respirazione, produzione e degradazione della sostanza organica da micro- a macroscala (da individuo a comunità, interazione biochimica con molecole),3. come questi processi metabolici influenzino (inclusi loro feedback) i cicli biogeochimici, il clima e l’abitabilità dell’ecosistema marino.

L’approccio usato è interdisciplinare, spaziando da metodi tradizionali di coltura a metodi di next generation sequencing (NGS) integrando manipolazione genetica con high-speed video microscopia, Microscopio a Forza Atomica (AFM) ed incubazioni con isotopi radioattivi e stabili insieme ad altri strumenti ad alta risoluzione (nanoSIMS, IR, ATOFMS).

Microscala marina

All’interno del ciclo biogeochimico del carbonio, a livello di microscala, i microrganismi costantemente interagiscono con un continuum fisico di molecole che spazia da colloidi fino ad arrivare ad altri organismi (Bacteria, Archaea, Virus ed Eukarya).

1. Interazioni cellula-cellula (altri microrganismi ed Eukarya Unicellulari);
2. Interazioni cellula batterica -sostanza organica.

Scopo a: Capire le interazioni ecologiche, il comportamento e le loro dinamiche tra i diversi gruppi di microrganismi (Bacteria, Archaea, Virus ed Eukarya) per misurare come esse influenzino il ciclo biogeochimico del carbonio.

Scopo b: Capire e quantificare le strategie di adattamento nell’accoppiamento dell’idrolisi-assunzione della sostanza organica usando organismi modello per modellare la regolazione fine nei processi di degradazione della sostanza organica.

Macroscala marina

Ciclo biogeochimico del carbonio nell’oceano (mare) e all’interfaccia acqua-sedimento. I microrganismi producono e degradano sostanza organica controllando così il ciclo del carbonio ed i cicli di N, P, Si, Fe, S e degli altri elementi incluse le sostanze inquinanti, i farmaci ed i radionuclidi.

Scopo: Capire le relazioni tra biodiversità del microbioma e la funzionalità dell’ecosistema che implica un buono stato biogeochimico.

Interazioni oceano-atmosfera

Sul nostro pianeta, Oceano ed Atmosfera interagiscono continuamente, scambiando acqua, gas e microorganismi. Le particelle di aerosol marino, prodotto dalle onde che frangono, quando le bolle d’aria scoppiano all’interfaccia aria-acqua. L’aerosol marino influenza direttamente ed indirettamente la chimica dell’atmosfera e del clima. Le particelle sono caratterizzate da un’alta complessità chimica dovuta alle molecole presenti dell’acqua di mare e anche dai microrganismi marini (Bacteria, Archaea e Virus). In collaborazione con il centro CAICE, studiamo il ruolo dei microrganismi marini nel controllare la chimica del mare che controlla a sua volta quella dell’aerosol marino.

Scopo: Capire come i microrganismi marini influenzano attraverso l’aerosol marino la chimica dell’atmosfera studiandone la diversità, il metabolismo e la crescita.