Interaction between microbial and viral communities occurring in biogas reactors for bioenergy production

Nell’elaborato di laurea che segue verranno trattati diversi argomenti relativi alle comunità microbiche presenti nei reattori di biogas per la produzione di bioenergia e in particolare le relazioni che si instaurano tra le diverse comunità presenti all’interno. In particolare, l’obiettivo dello studio è quello di analizzare le diverse popolazioni batteriche in relazione alla comunità virale nel tentativo di indagare nuove possibili relazioni tra questi gruppi per l’ottimizzazione della produzione di biogas e per l’utilizzo in un prossimo futuro. In una prima parte viene presentata la digestione anaerobica e come lo studio dei microbiota coinvolti sia ritenuto dalla comunità scientifica rivoluzionario e potenzialmente in grado di contribuire alla parziale risoluzione di problematiche attuali come gli effetti dei gas serra e la produzione di nuova energia rinnovabile. Si mostra quindi presto palese la necessità di capire le caratteristiche delle comunità batteriche e virali coinvolte e dei complicati meccanismi che intervengono durante queste interazioni. Una delle problematiche che gli scienziati devono fronteggiare durante questo tipo di studio è quella di non avere una base solida a cui fare riferimento: fino a poco tempo fa queste comunità erano quasi del tutto sconosciute. In particolare, i virus mostrano un’elevata propensione alle mutazioni genomiche che permettono a queste entità biologiche di adattarsi ad ospiti sempre diversi e per contro gli ospiti mostrano una grandissima capacità nello sviluppare meccanismi di resistenza ai patogeni. Le variabili genetiche appena descritte, risultano complicare enormemente l’analisi delle comunità microbiche, che si basa principalmente su un’analisi di tipo genetico: infatti, molti parametri ritenuti fino a poco tempo prima dei validi criteri di identificazione di un determinato organismo, possono non essere riscontrati nelle analisi compiute in quel momento, non per mancanza dell’organismo di per sé, ma appunto per cause dovute alla variabilità genetica. Viene quindi analizzato in cosa consiste l’analisi metagenomica e le tecniche più utilizzate ad oggi per questo tipo di studio, da quelle maggiormente consolidate alle nuove frontiere. L’analisi dei reattori di biogas e delle comunità al loro interno, si svolge grazie ad una analisi metagenomica sul patrimonio genetico contenuto in questo tipo di ambienti relativi all’intera comunità microbica; a questo scopo vengono utilizzate tecniche bioinformatiche al fine di riordinare e organizzare le informazioni prodotte tramite Next generation sequencing. Sempre nuove tecniche e protocolli di procedimento vengono messi a punto, anche se l’analisi rimane complicata per la biologia stessa degli organismi che vengono analizzati e la loro immensa capacità di mutare e sviluppare resistenza. In principio vengono introdotti i campioni utilizzati nello studio e lo schema sperimentale che li ha prodotti, quindi il protocollo seguito per le analisi. Lo studio bioinformatico è stato eseguito su un gruppo ristretto del campione preso in esame nelle diverse condizioni di stress, nel tentativo di evidenziare degli andamenti simili nella numerosità della popolazione batterica contro quella virale. Tuttavia, l’obiettivo principale dello studio è quello di caratterizzare le relazioni tra le due comunità a livello di specie. È stata poi eseguita un’analisi su ampia scala sull’intero dataset derivato dal database del microbioma della digestione anaerobica, che ha portato a definire relazioni dirette tra le specie presenti nella comunità microbica. A conclusione, vengono analizzate le visioni future dell’impiego di queste tecniche e dell’incredibile potenziale che porta la conoscenza approfondita delle relazioni virus-ospite per la produzione di bioenergia.