I microbiologi hanno risolto il caso dei medicinali mancanti dello Shedd Aquarium

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Ingrandire / Lo Shedd Aquarium di Chicago ha collaborato con i microbiologi della Northwestern University per scoprire perché la clorochina continuava a scomparire dall’acqua nell’habitat di quarantena.

Fondata nel 1930, Chicago’s Shedd Aquarium non è solo una popolare attrazione turistica. Il suo staff aiuta anche negli sforzi di conservazione in tutto il mondo e conduce ricerche essenziali su salute e comportamento degli animali, nutrizione, genetica, filtrazione acquatica ed ecologia molecolare e microbica. Negli ultimi quattro anni, questi membri dello staff sono rimasti sconcertati dalla misteriosa scomparsa di un farmaco antiparassitario aggiunto abitualmente all’acqua nell’habitat di quarantena dell’acquario. Ora, con l’aiuto dei microbiologi della Northwestern University, hanno risolto il caso. I colpevoli: circa 21 membri di una famiglia di microbi che masticavano regolarmente la medicina nell’acqua, secondo un articolo recente pubblicato sulla rivista Science of the Total Environment.

Il Centro per la conservazione e la ricerca dell’acquario comprende una divisione scientifica e per la cura degli animali, con un ospedale per animali all’avanguardia per monitorare la salute di tutti gli animali nelle mostre e curarli secondo necessità. (Se vuoi sapere come fare una risonanza magnetica a un’anguilla elettrica, il team del centro ti copre.)

Dal 2015, il centro sta lavorando a un progetto di ricerca speciale che studia i microbiomi dell’acquario. Tra gli altri argomenti, il progetto prevede lo studio delle comunità microbiche nei biofiltri dell’acquario. Tali sistemi acquatici chiusi possono diventare rapidamente tossici, grazie ai rifiuti di ammoniaca del pesce, e alcune comunità microbiche possono aiutare a tenere sotto controllo quei livelli. Ma altri microbi sono meno benefici, come dimostra il caso della clorochina scomparsa.

Ogni volta che lo Shedd Aquarium acquisisce nuovi animali, le creature vengono prima collocate nell’habitat di quarantena per impedire loro di introdurre agenti patogeni esterni nell’ambiente attentamente controllato dell’acquario. Parte di questo processo prevede la somministrazione di clorochina fosfato, solitamente aggiungendolo all’acqua dell’habitat. Il personale monitora regolarmente le concentrazioni di clorochina, ed è così che hanno notato che tali concentrazioni erano generalmente molto più basse del previsto, spesso troppo basse per fungere da antiparassitario efficace.

Inserisci la coautrice Erica M. Hartmann e i suoi colleghi investigatori microbici della Northwestern University. Hanno prelevato campioni dell’acqua dell’habitat di quarantena, nonché campioni di tamponi dalle pareti e dai tubi dell’habitat. Hanno riportato i campioni al loro laboratorio per un’analisi approfondita. Tutto sommato, hanno contato circa 754 diversi microbi che hanno chiamato l’habitat a casa, e il team ha rapidamente ipotizzato che il ladro di clorochina fosse tra loro.

Il gruppo di ecologia molecolare e microbica di Shedd indaga sull'impatto dei microrganismi sulla salute degli animali e dell'ecosistema negli ambienti gestiti e naturali.
Ingrandire / Il gruppo di ecologia molecolare e microbica di Shedd indaga sull’impatto dei microrganismi sulla salute degli animali e dell’ecosistema negli ambienti gestiti e naturali.

“Ci sono microbi nell’acqua, ovviamente, ma ci sono anche microbi che si attaccano ai lati delle superfici”, ha detto Hartmann. “Se hai mai avuto un acquario in casa, probabilmente hai notato della sporcizia crescere sui lati. A volte le persone aggiungono lumache o pesci che mangiano alghe per aiutare a pulire i lati. Quindi, volevamo studiare qualunque cosa fosse nell’acqua e qualunque cosa fosse bloccata ai lati delle superfici”.

Successivamente, i ricercatori hanno dovuto vagliare i sospetti. In primo luogo, hanno preso le colture di ciascun microbo e hanno dato a ciascuno solo clorochina come cibo. Ahimè, quei risultati non hanno ristretto così tanto il campo. Ma un indizio critico è emerso dalla loro analisi chimica della clorochina residua: mancava tutto l’azoto.

“Carbonio, azoto, ossigeno e fosforo sono i beni di prima necessità di cui tutto ha bisogno per vivere”, ha detto Hartmann. “In questo caso, sembra che i microbi stessero usando il medicinale come fonte di azoto. Quando abbiamo esaminato il modo in cui il medicinale è stato degradato, abbiamo scoperto che il pezzo della molecola contenente l’azoto era sparito. Sarebbe l’equivalente di mangiare solo i sottaceti di un cheeseburger e il resto si è lasciato alle spalle.”

Alla fine, Hartmann et al. sono stati in grado di identificare 21 potenziali autori che hanno prosperato nei tubi dell’habitat, alcuni dei quali non sembrano essere stati precedentemente studiati. Non è ancora chiaro quale di questi stia consumando tutto l’azoto nella clorochina, ma almeno l’acquario ora sa che il problema risiede nei tubi. Sfortunatamente, il semplice lavaggio regolare di quei tubi probabilmente non risolverà il problema, poiché i microbi si aggrappano tenacemente ai lati. Secondo Hartmann, i tubi dell’habitat dovranno essere lavati o eventualmente sostituiti del tutto. Il passaggio tra acqua dolce e acqua di mare potrebbe anche aiutare a tenere sotto controllo le popolazioni microbiche in futuro.

“Nel complesso, i nostri risultati ampliano il corpo delle conoscenze relative ai microbiomi dell’acquario e alla degradazione dei farmaci veterinari, rivelando come l’ecologia e la chimica microbica possono essere integrate nella futura gestione dei recinti circolanti di acqua salata”, hanno concluso gli autori. “Inoltre, questi risultati potrebbero illuminare i fenomeni che si verificano in altri ambienti con azoto limitato quando vengono aggiunti prodotti chimici antropogenici contenenti azoto”.

DOI: Scienza dell’ambiente totale, 2021. 10.1016/j.scitotenv.2021.150532 (Informazioni sui DOI).

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