ETD

• biorimediation
• biotechnology

Taken together, these findings highlight the importance of adopting functional monitoring approaches, rather than relying exclusively on taxonomic profiling, for the evaluation of HCH-degrading microbiomes. Although substantial shifts in community composition were observed across the different experimental conditions, these taxonomic changes alone did not fully explain the differences in degradation performance. Instead, HCH depletion appeared to be more closely associated with the abundance and transcriptional activity of specific functions involved in the transformation of chlorinated intermediates. This suggests that the effectiveness of complex degrading microbiomes depends less on the dominance of individual taxa and more on the maintenance of key functional traits within the community.
From a broader bioremediation perspective, these results underline the central role of molecular approaches not only as monitoring tools, but also as instruments to improve the mechanistic understanding of bioaugmentation processes. Even for legacy contaminants such as HCH, the degradation pathways operating in complex microbial communities remain only partially resolved. Therefore, the genomic and functional dissection of these systems is essential to identify the genes, microbial populations and ecological interactions that sustain contaminant depletion under different operational conditions. In this context, integrated omics-based analyses can provide valuable information for understanding why certain consortia retain degradation efficiency whereas others undergo functional drift.
The bioinformatic pipeline developed in this work provides a preliminary framework for translating metagenomic and metatranscriptomic information into candidate molecular markers. Although PCR-based monitoring cannot yet be implemented as monitoring tool due to the marker’s low conserved regions across different bacterial taxon, this discovery enabled a better understanding on new putative genes involved in the degradation of HCH and/or its intermediates. Ultimately, the integration of functional marker discovery may contribute to the optimisation and more reliable implementation of microbiome-based bioaugmentation strategies for HCH-contaminated soils.

Nel complesso, questi risultati evidenziano l’importanza di adottare approcci di monitoraggio funzionale, anziché basarsi esclusivamente sulla profilazione tassonomica, per la valutazione dei microbiomi in grado di degradare l’HCH. Sebbene siano state osservate variazioni sostanziali nella composizione della comunità nelle diverse condizioni sperimentali, tali cambiamenti tassonomici, da soli, non hanno spiegato pienamente le differenze nelle prestazioni degradative. Al contrario, la diminuzione dell’HCH è risultata più strettamente associata all’abbondanza e all’attività trascrizionale di specifiche funzioni coinvolte nella trasformazione degli intermedi clorurati. Ciò suggerisce che l’efficacia di microbiomi degradativi complessi dipenda meno dalla predominanza di singoli taxa e più dal mantenimento, all’interno della comunità, di caratteristiche funzionali chiave.
Da una prospettiva più ampia di biorisanamento, questi risultati sottolineano il ruolo centrale degli approcci molecolari non solo come strumenti di monitoraggio, ma anche come mezzi per migliorare la comprensione meccanicistica dei processi di bioaugmentation. Anche nel caso di contaminanti persistenti di lunga data, come l’HCH, le vie di degradazione operative all’interno di comunità microbiche complesse rimangono solo parzialmente chiarite. Pertanto, la caratterizzazione genomica e funzionale di questi sistemi è essenziale per identificare i geni, le popolazioni microbiche e le interazioni ecologiche che sostengono la riduzione del contaminante in diverse condizioni operative. In questo contesto, analisi integrate basate sulle omiche possono fornire informazioni preziose per comprendere perché alcuni consorzi mantengano l’efficienza degradativa, mentre altri vadano incontro a deriva funzionale.
La pipeline bioinformatica sviluppata in questo lavoro fornisce un quadro preliminare per tradurre le informazioni metagenomiche e metatrascrittomiche in potenziali marcatori molecolari. Sebbene il monitoraggio basato sulla PCR non possa ancora essere implementato come strumento operativo, a causa della limitata conservazione delle regioni del marcatore tra diversi taxa batterici, questa scoperta ha permesso di comprendere meglio nuovi geni putativi coinvolti nella degradazione dell’HCH e/o dei suoi intermedi. In prospettiva, l’integrazione della ricerca di marcatori funzionali potrebbe contribuire all’ottimizzazione e a un’applicazione più affidabile di strategie di bioaugmentation basate sul microbioma per suoli contaminati da HCH.