Semplice all'esterno e complesso all'interno
L'ETH Serina Robinson ha una predilezione per i microrganismi. ? interessata ai loro enzimi, che vengono utilizzati per produrre e scomporre sostanze chimiche. Ma la giovane ricercatrice è particolarmente affascinata dai microbi che nessuno ha mai coltivato.
? nella tundra dell'Alaska che Serina Robinson ha capito di voler fare ricerca. Lì, l'allora studentessa di Bachelor lavorava come assistente scientifica sul campo. Era immersa nella palude fino alle ginocchia, prelevava campioni di terreno e ne era entusiasta. Anche in laboratorio, dove ha analizzato le sostanze nutritive presenti nel terreno precedentemente raccolto, il suo entusiasmo non si è spento. Al contrario: "Ero davvero ossessionata", ricorda.
Robinson è attualmente ricercatrice post-dottorato presso l'Istituto di microbiologia nell'ambito di una ricerca all'ETH. Lavorare all'ETH di Zurigo è stato a lungo un sogno e un obiettivo. "? emozionante essere qui adesso", afferma la ricercatrice. Durante il suo postdoc di un anno nel gruppo di J?rn Piel, lavorerà con enzimi e piccole proteine, note come peptidi, prodotti da microrganismi speciali: Quelli che non crescono in laboratorio. Di conseguenza, essi e i peptidi che producono sono stati finora poco studiati o addirittura sconosciuti.
Dai metagenomi alle specie sconosciute
I ricercatori utilizzano ora la metagenomica per rintracciare questi microbi incoltivabili: "I metagenomi sono una sorta di istantanea che registra il DNA di tutti i microrganismi presenti in un particolare ecosistema in un determinato momento. Ad esempio, nel suolo, nelle acque reflue o persino nell'intestino umano", spiega Robinson. Il DNA dei campioni viene sequenziato e riassemblato nel genoma dei singoli organismi in base alle sovrapposizioni tra i singoli frammenti.
Le sequenze geniche dei microrganismi con cui la ricercatrice lavora provengono dal pool di un secondo gruppo dell'Istituto di microbiologia: Shinichi Sunagawa e i suoi collaboratori hanno raccolto metagenomi da Chi siamo in oltre 1000 siti marini diversi. In questo tesoro, Robinson sta cercando le impronte del DNA per i peptidi che potrebbero essere interessanti come agenti medici.
Attualmente sta lavorando con un batterio che è stato scoperto solo grazie alla metagenomica. "? molto diverso dai microrganismi precedentemente conosciuti", spiega. E produce un nuovo tipo di peptide. Questo appartiene a un'intera classe di composti scoperti dal gruppo di J?rn Piel. La particolarità è che, in collaborazione con il gruppo di Annette Oxenius, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che un peptide di questa classe ha un effetto antivirale. Questo lo rende interessante e rilevante per la ricerca medica.
Alternative a E. coli
Per produrre il peptide in laboratorio, Robinson utilizza strumenti di biologia sintetica. Ciò significa che inserisce i geni rilevanti in un organismo ospite, singolarmente o in gruppi diversamente composti, i cosiddetti cluster. Se tutto funziona, l'organismo ospite produce il principio attivo desiderato.
Di solito il batterio è usato come ospite E. coli utilizzati. Tuttavia, questo è ben lungi dall'essere in grado di produrre correttamente tutte le proteine di qualsiasi organismo. La forma finale del peptide del batterio non coltivabile con il quale il ricercatore sta lavorando può essere anche E. coli non può formarsi. Per questo motivo sta utilizzando un ospite alternativo sviluppato dal gruppo di Piel.
Chi siamo sui microrganismi
Robinson si è già chiesta perché si interessa tanto ai microrganismi. "Trovo semplicemente affascinante lavorare con loro in laboratorio: Dall'esterno sembrano così semplici. Piccoli puntini su un terreno di coltura. Ma ciò che accade al loro interno è incredibilmente complesso", cerca di spiegare.
? affascinata dal fatto che, qualunque cosa si voglia produrre, da qualche parte c'è un microbo con un enzima in grado di farlo. Allo stesso tempo, Robinson è molto interessata a come i microrganismi possano essere utilizzati per scomporre sostanze indesiderate, ad esempio nelle acque reflue o nel suolo. "Le stesse famiglie di enzimi sono spesso coinvolte sia nella formazione biologica che nella degradazione di sostanze chimiche", spiega l'autrice. Per la sua tesi di dottorato ha quindi scelto deliberatamente un gruppo di ricerca che conduce ricerche all'interfaccia di questi campi tradizionalmente separati.
Ma non è tutto: oltre all'interazione degli enzimi e alla questione di come vengono prodotti, Robinson è interessato anche a domande quali Perché i microrganismi producono determinati prodotti? Qual è il ruolo ecologico di queste sostanze nell'ambiente? Come influiscono su altri organismi o comunità microbiche? Come reagiscono? Ma anche: come reagiscono queste comunità alle sostanze estranee?
Prossima fermata Eawag
Il prossimo passo della carriera di Robinson è previsto per settembre: Come capogruppo di ruolo, inizierà a creare il proprio gruppo di ricerca nel dipartimento amministrativo di microbiologia ambientale dell'Eawag, l'istituto di ricerca acquatica dell'ETH. Robinson e i suoi futuri collaboratori si concentreranno principalmente su questioni relative alle acque reflue e alla degradazione delle sostanze in esse contenute, come pesticidi, farmaci e dolcificanti artificiali.
I microrganismi vengono già utilizzati per biodegradare tali sostanze. Tuttavia, la ricercatrice vorrebbe essere in grado di controllare questo processo in modo più specifico in futuro: "Voglio sapere come e con quali enzimi i batteri decompongono le sostanze presenti nelle acque reflue", in modo da poter prevedere più facilmente cosa possono fare le comunità microbiche con una certa composizione e come integrarle, se necessario. Possibili obiettivi: trattare le acque reflue più rapidamente o biodegradare ulteriori sostanze.
Continua la promozione delle nuove leve
Secondo la ricercatrice, il fatto che Serina Robinson sia riuscita a intraprendere la carriera di ricercatore è dovuto a diversi fattori. Uno di questi è che le è stata data l'opportunità di lavorare in diversi gruppi di ricerca negli Stati Uniti e in Europa. "Questo allarga la prospettiva di come si fa ricerca e di cosa è possibile fare", spiega Robina. ? stata particolarmente ispirata dal suo soggiorno di sei mesi presso l'Università di Wageningen nei Paesi Bassi e dal suo soggiorno di ricerca di un anno presso l'Università Artica della Norvegia a Troms?, reso possibile da una borsa di studio Fulbright. In questi collaboratori ha lavorato con batteri che utilizzano il gas serra metano come fonte di energia.
Le persone che ha incontrato nelle varie sedi sono molto importanti per lei. Robinson: "Sono una specie di famiglia" e l'hanno sostenuta nel raggiungimento del suo obiettivo. Ad esempio, aiutandola a stabilire contatti o a trovare gruppi di ricerca adatti. "Penso che la comunità di ricerca e i mentori che mi hanno sostenuto e guidato nei vari passaggi siano stati la cosa più importante per la mia carriera", dice. Ora è ancora più entusiasta di poter presto supervisionare i "suoi" studenti. Dopo tutto, non vuole solo far progredire la sua ricerca, ma anche essere lei stessa un'insegnante e un mentore.