lunedì , 26 Ottobre 2020
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Il DNA ambientale del miele in un nuovo articolo scientifico: una miniera di informazioni utili per l’apicoltura

Il miele, il prodotto principe dell’attività dell’apicoltore, ci riserva ancora nuove sorprese che derivano da una delle discipline scientifiche più innovative e ancora poco applicate nel settore dell’apicoltura: la genomica. Le sorprese le ritroviamo in un componente del miele che non viene comunemente considerato, cioè nel DNA. Il DNA è analizzabile con le tecniche della genomica che permettono di isolarlo, sequenziarlo e quindi studiarlo con gli strumenti della bioinformatica. Il miele contiene infatti il DNA di tutti gli organismi che direttamente o indirettamente hanno contribuito alla sua produzione o che semplicemente sono venuti a contatto con questo alimento (Bovo et al., 2018). Questo DNA è definito con i termini di “DNA ambientale” perché deriva dall’ambiente o dalle circostanze in cui il prodotto è stato ottenuto. Il DNA ambientale del miele è stato descritto in alcuni articoli scientifici pubblicati dai ricercatori del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-alimentari dell’Università di Bologna (Bovo et al., 2018; Utzeri et al., 2018, 2019).

Dagli ultimi studi pubblicati in un recentissimo articolo dello stesso gruppo di ricerca apparso sulla rivista Scientific Reports, rivista del gruppo Nature (Bovo et al., 2020), è stato possibile ricostruire con una precisione molto maggiore, partendo dal DNA, alcune informazioni che prima era quasi impensabile poter recuperare dal miele. Lo studio è stato basato utilizzando la tecnica di next generation sequencing, che consiste nel sequenziamento di milioni di frammenti di DNA la cui informazione è stata interpretata utilizzando una nuova piattaforma bioinformatica che ha consentito di tradurre le sequenze identificando gli organismi che hanno lasciato una traccia nel miele (Figura 1). Questa metodologia ha permesso di identificare nel miele la presenza del DNA di circa 200 diversi organismi, appartenenti a tutti i principali regni o gruppi della vita (batteri, piante, funghi, protozoi, insetti e vertebrati), oltre ad una enorme quantità di DNA appartenente a virus delle api.

Figura 1. Struttura dell’analisi bioinformatica dei dati di sequenziamento, predisposta per l’elaborazione automatica delle informazioni.

Questa analisi dettagliata ha permesso di ottenere il così detto “fingerprinting”, cioè una “impronta digitale” unica, irripetibile ed altamente informativa per ciascun miele, che include dati relativi a diversi aspetti: 1) come è stato prodotto; 2) dove è stato prodotto; 3) con che api è stato prodotto; 4) e il livello di salute delle api che lo hanno prodotto. Tra i diversi gruppi di organismi “presenti” nel miele, il gruppo dei batteri include il più alto numero di specie. Questi comprendono specie che comunemente vivono nell’alveare e che fanno parte del microbiota dell’ape, specie che causano malattie nelle api o che si ritrovano solo negli afidi sfruttati dalle api per la melata che producono oppure specie che si ritrovano in genere solo sulle piante visitate dalle api. Il DNA di altri patogeni e parassiti delle api (tra cui Nosema, Lotmaria e ovviamente Varroa oltre a diversi altri) completa una interessante fotografia dello “stato di salute” delle famiglie che hanno prodotto il miele.

Nell’articolo sono state sviluppate altre due importanti applicazioni delle informazioni derivate dai dati di sequenziamento del DNA del miele. La prima deriva dalle sequenze del genoma del principale virus delle api, cioè il virus filamentoso (più noto in inglese con il nome di Apis mellifera filamentous virus). Il DNA di questo virus è risultato il più abbondante in assoluto tra tutti quelli attribuiti agli altri organismi. Questo però ha permesso di confrontare le differenze genetiche del virus ottenute dal miele di diversi apiari. Il risultato è stato particolarmente interessante dal punto di vista delle possibilità applicative: il miele prodotto dallo stesso apiario, anche se ottenuto da famiglie diverse, contiene un virus geneticamente più simile rispetto al virus ritrovato nel miele prodotto da alveari di altri apiari. La conclusione di questo risultato è immediata: è possibile usare l’informazione genomica del virus delle api, che si ritrova nel miele, come elemento di tracciabilità specifica del singolo apiario.

La seconda applicazione deriva dal DNA delle api. Il sequenziamento del DNA del miele porta anche ad avere sequenze del DNA mitocondriale e del DNA nucleare (il genoma) delle api che lo hanno prodotto. Dalle informazioni di sequenza del DNA mitocondriale che si recuperano con metodi bioinformatici è stato possibile identificare le diverse linee mitocondriali delle api da cui deriva: A, M o C. Le informazioni recuperate dal genoma nucleare delle api hanno permesso di assegnare il miele alla sottospecie di Apis mellifera che lo ha prodotto; nel caso dello studio pubblicato, alla sottospecie ligustica con una probabilità praticamente assoluta.

Queste applicazioni e tutte le informazioni che si possono ricavare dal DNA del miele, brevemente qui sopra illustrate, aprono importanti prospettive nel settore dell’apicoltura e possono contribuire a risolvere, almeno in parte i problemi che gli apicoltori sono chiamati quotidianamente ad affrontare. La ricerca che sfrutta gli strumenti della genomica applicati all’apicoltura ha la potenzialità di creare nuove opportunità e identificare nuove soluzioni.

Lo studio può essere letto nella sua forma originale inglese al seguente link: https://doi.org/10.1038/s41598-020-66127-1.
Lo studio è stato pubblicato nell’ambito delle attività di ricerca del progetto BEE-RER (https://site.unibo.it/bee-rer/it), finanziato dalla Regione Emilia Romagna (Misura F – OCM Apicoltura 2019-2020).

Luca Fontanesi
Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agro-alimentari, Università di Bologna, Viale Giuseppe Fanin 46, 40127, Bologna
luca.fontanesi@unibo.it

Bibliografia
Bovo, S., Ribani, A., Utzeri, V.J., Schiavo, G., Bertolini, F., Fontanesi, L. (2018) Shotgun metagenomics of honey DNA: Evaluation of a methodological approach to describe a multi-kingdom honey bee derived environmental DNA signature. PLoS One 13(10), e0205575.
Bovo, S., Utzeri, V.J., Ribani, A., Cabbri, R., Fontanesi, L. (2020) Shotgun sequencing of honey DNA can describe honey bee derived environmental signatures and the honey bee hologenome complexity. Scientific Reports 10, 9279. (lo studio presentato in questo articolo)
Utzeri, V. J., Ribani, A., Schiavo, G., Bertolini, F., Bovo, S., & Fontanesi, L. (2018). Application of next generation semiconductor based sequencing to detect the botanical composition of monofloral, polyfloral and honeydew honey. Food Control 86, 342-349.
Utzeri, V.J., Schiavo, G., Ribani, A., Bertolini, F., Bovo, S., Fontanesi, L. (2019) A next generation sequencing approach for targeted Varroa destructor (Acari: Varroidae) mitochondrial DNA analysis based on honey derived environmental DNA. Journal of Invertebrate Pathology 161, 47-53.

Info Redazione

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