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Le Rickettsiales (Alphaproteobacteria) sono un gruppo di batteri intracellulari obbligati, che abitano un’ampia gamma di ospiti eucariotici, sia pluricellulari, come l’uomo e altri vertebrati, gli artropodi, i nematodi o i mulluschi, che unicellulari, come i ciliati, le amebe, le clorofite o i cercozoi. Le Rickettsiales più studiate comprendono importanti agenti eziologici di malattie umane o di altri vertebrati, come per esempio Rickettsia spp., Orientia tsutsugamushi, Ehrlichia spp. e Anaplasma spp. Comunque, le interazioni fra le Rickettsiales e i loro ospiti in natura presentano un ampio spettro, spaziando dal mutualismo al parassitismo. Le associazioni con ospiti unicellulari, come i ciliati, sono in proporzione molto meno studiate che quelle con i metazoi, ma sono importanti per rivelare la diversità di questo ordine batterico e le relazioni evolutive tra i suoi membri, che non sono attualmente del tutto chiarite.
Lo scopo di questo progetto di dottorato è stata un’investigatione sulle relazioni endosimbiotiche tra Rickettsiales e ciliati in una prospettiva evolutiva, nella quale sono state individuate due principali linee di ricerca. La prima linea era volta all’esplorazione della diversità di queste associationi, tramite caratterizzazione molecolare (gene per l’rRNA 16S come marcatore) di endosimbionti provenienti da nuovi campioni ambientali e inferenza delle loro relazioni evolutive con analisi filogenetiche. L’attività di ricerca in questa linea ha permesso la caratterizzazione di dieci nuovi ceppi di endosimbionti, identificando quattro nuovi generi e cinque nuove specie, appartenenti a tre delle quattro principali suddivisioni delle Rickettsiales.
La seconda linea del progetto era volta all’analisi genomica di uno specifico endosimbionte, Holospora caryophila, ospitato da Paramecium octaurelia. La fase iniziale del lavoro è stata incentrata sull’esplorazione e l’ottimizzazione delle strategie sperimentali che avrebbero assicurato di ottere un estratto di DNA genomico adatto al sequenziamento a partire da un simbionte obbligato di un ciliato. Le fasi successive hanno riguardato sequenziamento e assamblaggio del genoma, e analisi della sequenza genomica. La presenza di elementi ripetitivi in alto numero di copie non ha permesso un assemblaggio completo del genoma, che è per il momento in forma draft (111 scaffold, ~0,99 Mbp; N50: ~105 Kbp). L’analisi del genoma di H. caryophila ha rivelato che questo endosimbionte, così come la maggior parte delle Rickettsiales, possiede delle capacità biosintetiche molto limitate, e deve quindi basarsi sulla possibilità di importare i metaboliti precursori dal suo ospite. Inoltre, l’assenza di vie metaboliche che permettano la sintesi di ATP ha condotto all’ipotesi che questo batterio si trovi nella peculiare condizione di affidarsi completamente alle fonti energetiche dell’ospite per la sua sopravvivenza, in uno stato di riduzione genomica ancor più estrema che in altre Rickettsiales. Sulla base di altre caratteristiche genomiche, è stato possibile formulare ulteriori ipotesi sui meccanismi di interazione con l’ospite, che necessitaranno di future analisi per essere confermate.