MIcrobial Diversity within the Vicinity of the Concordia Antarctic Station

La stazione di ricerca Concordia offre un luogo unico per le attività preparatorie al futuro viaggio umano su Marte, per esplorare la diversità microbica a temperature inferiori allo zero e monitorare la diffusione di microrganismi associati all'uomo nell'ambiente circostante incontaminato.
Il presente studio è stato condotto nell'ambito del progetto BacFinder (Agenzia Spaziale Europea, ESA AO-13-Concordia) con l'obiettivo di svelare la diversità microbica ambientale e associata all'uomo nei dintorni della Stazione Concordia. Si tratta del primo campionamento intensivo ed estensivo della neve superficiale effettuato mensilmente per un periodo di due anni a tre distanze (10, 500 e 1000 m) dalla Stazione Concordia e analizzato con un approccio di sequenziamento high-throughput. L'attenzione è stata posta sulla relazione tra la presenza microbica e la stagionalità e la distanza dalla base. I dati hanno suggerito che, se presente, l'impatto antropico era al di sotto del limite di rilevamento delle tecniche di sequenziamento del DNA utilizzate. D'altra parte, il nostro studio ha confermato l'uso del sequenziamento del DNA per rivelare la presenza microbica in ambienti remoti e ostili, con implicazioni per la protezione planetaria e per l'individuazione della vita in obiettivi rilevanti per l'astrobiologia.

Un'analisi completa della biodiversità nei campioni di neve/ghiaccio sarà effettuata utilizzando tecniche di biologia molecolare (indipendenti dalla coltivazione) combinate con strumenti bioinformatici. Verrà prestata attenzione alla diversità genetica di batteri, cianobatteri e funghi nelle aree circostanti la stazione Concordia.
La struttura della comunità microbica e la diversità genetica saranno caratterizzate dall'amplificazione dei geni ribosomiali e dal saggio di metagenomica.
Questo approccio permetterà di: i) determinare la diversità microbica al di fuori della stazione Concordia; ii) valutare l'influenza delle condizioni ambientali sulla diversità microbica; iii) valutare l'impatto antropico della stazione Concordia sull'ambiente antartico incontaminato; iv) modellare le dinamiche microbiche.
I risultati forniranno nuove conoscenze sulla biodiversità microbica antartica nelle vicinanze della stazione Concordia e, integrando i risultati con i dati microclimatici, contribuiranno a una migliore comprensione della struttura e della dinamica delle comunità microbiche, con implicazioni nel monitoraggio e nella previsione degli effetti dei cambiamenti climatici.
Questa proposta contribuirà all'utilizzo dei risultati di progetti volti a valutare il ruolo della dispersione aerea nel modellare i modelli di biodiversità in Antartide. Inoltre, contribuirà a raggiungere una conoscenza integrata della diversità microbica in Antartide, essendo complementare per le aree indagate e i substrati colonizzati alle proposte MDV-MICRO (PI S. Ventura), AMunDsEN (PI L. Selbmann) e PermEco (PI M. Guglielmin).
Infine, dato che le regioni polari ghiacciate della Terra sono considerate analoghe agli ambienti prossimi alla superficie di Marte e della luna ghiacciata di Giove Europa, i risultati di questa proposta saranno rilevanti per i programmi di ricerca astrobiologica finalizzati alla ricerca di vita oltre la Terra.

Il sequenziamento di ampliconi è stato utilizzato per studiare la diversità microbica di campioni di neve superficiale raccolti mensilmente per un periodo di due anni, a tre distanze dalla Stazione (10, 500 e 1000 m). Anche quando il DNA totale estratto era inferiore al limite di rilevazione, il sequenziamento del gene 16S rRNA è stato eseguito con successo su tutti i campioni, mentre il 18S rRNA è stato amplificato su 19 campioni su 51. Non sono state osservate relazioni significative tra la diversità microbica e la stagionalità (estate o inverno) o la distanza dalla base Concordia. Ciò suggerisce che, se presente, l'impatto antropico doveva essere inferiore al limite di rilevabilità. Tuttavia, il nostro studio ha confermato l'uso di tecniche basate sul sequenziamento del DNA per rivelare la presenza microbica in ambienti remoti e ostili, con implicazioni per la protezione planetaria durante le missioni spaziali e per l'individuazione di vita in obiettivi rilevanti per l'astrobiologia.

1.XIIthSCAR Biology Symposium, 10-14 July 2017, Leuven, Belgium. ”Unravelling the secret of the resistance of desert strains of Chroococcidiopsis”. Billi D, Fagliarone C, Verseux C,Mosca C, Baqu ́e M, WilmotteA. 

2.COST Workshop Life and Origin, 19-23 March 2017,Bertinoro, Italy. “Desert cyanobacteria under space and planetary simulations: towards the limits of life”. Billi D. 

3.JGI User Meeting, 02-05 April, 2019, San Francisco, CA. “A first metagenomic survey into the cryptoendolithiccommunities of the ice-free areas along the Victoria Land, Continental Antarctica”. Coleine C, Stajich JE, Donati C, Albanese D, Zucconi L,Onofri S., Selbmann L. 

4.JGI User Meeting, 02-05 April, 2019, San Francisco, CA. “A Comparative genomics provides in- sights into thelifestyle of Antarctic cryptoendolithic black fungi”. Coleine C, Stajich JE, Masonjiones S, Zucconi L,Onofri S., Selbmann L.

5.18th Congress of European Mycologists, 16-21 September 2019, Warsaw, Poland. “Newtaxa of Antarctic cryptoendolithic black fungi by multi locus phylogeny”. Selbmann L, Mostardi F, Coleine C, Zucconi L, Onofri S. 

6.18th Congress of European Mycologists, 16-21 September 2019, Warsaw, Poland. ”Comparative genomics, evolution and adaptation of Antarcticcryptoendolithic Black Fungi. Selbmann L, Mostardi F, Coleine C, Zucconi L, Onofri S. 

7. International J. Astrobiology 2019. Desert cyanobacteria under space and planetary simulations: a tool for searching for life beyond Earth and supporting human space exploration. Billi D.