Noah Totsline ha lavorato nel laboratorio del College of Agriculture and Natural Resources di Harsh Bais a un progetto sponsorizzato dalla Nasa che studia come le piante coltivate nello spazio siano più soggette a infezioni da Salmonella rispetto a quelle terrestri. Crediti: University of Delaware
Oltre alle solite tortillas di farina e al caffè in polvere, da circa tre anni la Nasa ha introdotto nell’alimentazione degli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (Iss) anche l’insalata. Gli astronauti possono, infatti, gustare lattuga, rucola e altre piante a foglia verde coltivate direttamente nello spazio, in apposite camere di controllo che riproducono le condizioni ideali di temperatura, quantità di acqua e luce necessarie per la maturazione delle piante.
Ma c’è un problema. Sulla Iss sono presenti molti batteri e funghi patogeni – alcuni dei quali molto aggressivi – che possono facilmente colonizzare i tessuti vegetali. Di conseguenza, se gli astronauti mangiassero lattuga infettata da batteri quali Escherichia coli o Salmonella, potrebbero ammalarsi, manifestando sintomi anche gravi. Il rischio che un’epidemia di malattie alimentari a bordo della Iss possa far deragliare una missione spaziale, ha suscitato una particolare attenzione nella comunità scientifica e nelle agenzie spaziali, soprattutto considerando i miliardi di dollari che la Nasa e le aziende private come SpaceX investono ogni anno nell’esplorazione dello spazio.
In una nuova ricerca pubblicata su Scientific Reports e su npj Microgravity, i ricercatori dell’Università del Delaware (Ud) hanno coltivato lattuga in condizioni che imitano l’ambiente all’interno della Stazione spaziale. Le piante, capaci di percepire la gravità attraverso le radici, sono state esposte a una microgravità simulata mediante rotazione grazie a un clinostato, un dispositivo per far ruotare le piante simile a quello utilizzato per i polli nelle rosticcerie. «Non si è trattato di una vera e propria simulazione in microgravità», spiega Noah Totsline, primo autore di entrambe le ricerche pubblicate, recentemente laureatosi al Dipartimento di Scienze delle Piante e del Suolo della Ud, «ma ha aiutato le piante a perdere il senso della direzione. Abbiamo confuso la loro risposta alla gravità e, in questo modo, la pianta non sapeva da che parte fosse l’alto o il basso». Il team di ricerca ha così scoperto che le piante sottoposte alla microgravità simulata erano in realtà più inclini a contrarre infezioni da agenti patogeni umani, in particolare, dalla Salmonella.
Gli stomi, i minuscoli pori delle foglie e degli steli che le piante usano per respirare, normalmente si chiudono per difendere la pianta quando percepisce nelle vicinanze un fattore di stress o un corpo estraneo. Durante la simulazione di microgravità, gli stomi della lattuga si aprivano e rimanevano aperti anziché chiudersi come risposta allo stress causato dalla presenza di batteri. «Il fatto che gli stomi siano rimasti aperti quando abbiamo aggiunto batteri durante la simulazione è stato davvero inaspettato», dice Totsline che insieme ai docenti di biologia vegetale, Harsh Bais, e di sicurezza alimentare microbica, Kali Kniel, e con Chandran Sabanayagam del Delaware Biotechnology Institute ha cercato delle possibili soluzioni al problema.
Immagini al microscopio degli stomi delle foglie di lattuga acquisite tre ore dopo la rotazione o il trattamento con i batteri a forma di bastoncino di Salmonella enterica serovar. A: stomi di una pianta non ruotata senza trattamento con batteri. Gli stomi sono completamente aperti. B: stomi di una pianta non ruotata, i batteri hanno impedito la completa chiusura e hanno iniziato a entrare nella pianta. C: stomi di una pianta ruotata senza batteri, più aperti rispetto a quelli non ruotati. D: stomi di una pianta ruotata con applicazione di batteri. La chiusura difensiva dello stoma appare minore e sono visibili più batteri che entrano nell’apertura e navigano a una profondità maggiore all’interno della pianta. Crediti: npj Microgravity
In alcuni studi precedenti, Bais e altri ricercatori dell’Ud hanno dimostrato che l’uso di un batterio ausiliario chiamato Bacillus subtilis Ud1022 riesce a promuovere la crescita e la forma fisica delle piante, aiutandole contro gli agenti patogeni o altri fattori di stress come la siccità. Ipotizzando che Ud1022 potesse aiutare le piante a difendersi dalla Salmonella anche in condizioni simili a quelle spaziali, lo hanno aggiunto alla simulazione di microgravità, constatando, con sorpresa, che il batterio non è riuscito a proteggere le piante che – in assenza dell’innesco di una risposta biochimica – non hanno chiuso i propri stomi. «Quanto riscontrato in condizioni di microgravità simulata è sorprendente e interessante e apre un’altra questione», riferisce Bais. «Sospetto che il batterio Ud1022, annullando la chiusura degli stomi in microgravità, possa sopraffare la pianta stessa aprendo la strada per l’invasione della Salmonella».
I microbi e i batteri sono ovunque: sono su di noi, sugli animali, sul cibo che mangiamo e nell’ambiente che ci circonda: ovunque si trovino gli esseri umani, c’è possibile coesistenza con gli agenti patogeni batterici. Secondo le informazioni della Nasa, circa sette persone per volta convivono e lavorano sulla Stazione Spaziale Internazionale nello stesso momento, occupando un ambiente grande quanto una casa con sei camere da letto. Non è l’ambiente più stretto che esista nello spazio, ma è comunque il tipo di luogo in cui i germi possono creare scompiglio. «Dobbiamo essere preparati e ridurre i rischi nello spazio per coloro che vivono ora sulla Iss e per coloro che potrebbero viverci in futuro», afferma Kniel, esperto di sicurezza alimentare microbica dell’Ud. «È importante capire meglio come i patogeni batterici reagiscono alla microgravità per sviluppare strategie di mitigazione adeguate».
Kniel e Bais collaborano da anni per studiare gli agenti patogeni umani presenti sulle piante. «Per ridurre i rischi associati alla contaminazione delle verdure a foglia e di altri prodotti di base, dobbiamo comprendere meglio le interazioni tra agenti patogeni umani e le piante coltivate nello spazio», spiega Kniel. «Il modo migliore per farlo è un approccio multidisciplinare».
L’astronauta Peggy Whitson con alcune foglie di insalata cresciute sulla Iss nella sua terza e ultima missione, nel 2017. Crediti: Nasa
Forse ci vorrà ancora un po’ di tempo prima che gli esseri umani possano vivere sulla Luna o su Marte, ma la ricerca della Ud ha un grande impatto potenziale sulla convivenza umana nello spazio; argomento ancor più interessante se si considerano aspetti come la popolazione in continua crescita sulla Terra e la maggiore necessità di cibo sicuro ed equilibrato per gli astronauti delle numerose missioni future programmate. Da un rapporto delle Nazioni Unite, la Terra potrebbe ospitare 9,7 miliardi di persone nel 2050 e 10,4 miliardi nel 2100. «Le misure di sicurezza alimentare sono già al limite in tutto il mondo e, con la perdita di terreni agricoli per la coltivazione del cibo, le persone penseranno presto a spazi abitativi alternativi», afferma Bais. «Non si tratta più di finzione». Inoltre, sempre più spesso i Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie o la Food and Drug Administration degli Stati Uniti certificano e fermano le produzioni di insalata in varie parti sulla Terra, intimando alle persone di non mangiarla a causa del rischio di Escherichia coli o Salmonella. Poiché le verdure a foglia sono l’alimento preferito da molti astronauti e sono facili da coltivare in ambienti chiusi come l’ambiente idroponico della Iss, è importante assicurarsi che queste verdure siano sempre sicure da mangiare e cercare delle soluzioni al problema della “lattuga killer”.
Cosa si può fare per contrastare l’azione delle piante che aprono i loro stomi in un ambiente di microgravità permettendo ai batteri di entrare facilmente? La risposta non è così semplice ma potrebbe essere nell’uso di semi sterilizzati o nel miglioramento genetico. «Iniziare con usare dei semi sterilizzati è un modo per ridurre i rischi di avere microbi sulle piante», afferma Kniel. «Ma ciò comunque non escluderebbe quei microbi già presenti nell’ambiente spaziale». Gli scienziati potrebbero dover modificare la genetica delle piante per impedire loro di aprire gli stomi nello spazio. Il laboratorio guidato da Bais sta già prendendo in considerazione diverse varietà di lattuga con genetiche differenti e le sta valutando in condizioni di microgravità simulata. «Se, per esempio, ne troviamo una che chiude gli stomi rispetto a un’altra che abbiamo già testato e che li apre, possiamo provare a confrontare la genetica di queste due diverse cultivar, cercando le differenze o i meccanismi in atto», conclude Bais. «Non vogliamo che un’intera missione spaziale fallisca solo per colpa di un’epidemia di sicurezza alimentare».
Diciamo, per colpa di qualche foglia di lattuga.
Per saperne di più:
- Leggi su Scientific Reports l’articolo “Simulated microgravity facilitates stomatal ingression by Salmonella in lettuce and suppresses a biocontrol agent” di Noah Totsline, Kalmia E. Kniel, Chandran Sabagyanam e Harsh P. Bais
- Leggi su npj Microgravity l’articolo“Microgravity and evasion of plant innate immunity by human bacterial pathogens” di Noah Totsline, Kalmia E. Kniel e Harsh P. Bais