Prot. 2022JKAFHB - Focused rEsistome-Mobilome genes in aTmosphere-Ocean continuum, FEMTO

I batteri marini (e Archaea) svolgono ruoli fondamentali nel ciclo biogeochimico del carbonio oceanico, strutturando così il nostro pianeta e promuovendo la vivibilità della Terra. All'interno del ciclo biogeochimico marino del carbonio, i microbi determinano il destino del carbonio fisso: respirazione, rigenerazione dei nutrienti, biomassa per livelli trofici superiori, sedimentazione di particelle detritiche per lo stoccaggio del carbonio. Uno strato di complessità all'interno del funzionamento microbico che non è stato ancora esplorato è il mobiloma associato focalizzato sui geni di resistenza antimicrobica (ARGs), il resistoma, all'interno del ruolo biogeochimico microbico negli ambienti interconnessi di oceano e atmosfera. Ora più che mai, comprendiamo l'importanza del nexus uomo-microbo tramite l'ambiente aria-acqua e dobbiamo cambiare marcia nella gestione della crisi della resistenza agli antimicrobici. Il mobiloma può essere definito come informazioni specifiche incorporate nei genomi microbici e possono essere scambiate tra i microbi. Lo scambio di geni consente ai microbi di sviluppare nuove strategie per prosperare nell'ambiente. All'interno del mobiloma, il resistoma si riferisce a tutti i geni che contribuiscono direttamente o indirettamente alla resistenza agli antibiotici. Inoltre, a causa delle difficoltà tecniche nel ricreare l'"atmosfera come ambiente microbico", c'è una mancanza generale di conoscenze fondamentali sul comportamento, la fisiologia e, ultimamente, l'espressione genica dei batteri nell'aria. FEMTO combina misurazioni biogeochimiche con metagenomica mirata del resistoma-mobiloma e esperimenti innovativi basati su colture in una camera di simulazione atmosferica. Questa ricerca mapperà il resistoma-mobiloma focalizzato nella nebbia marina (SSA) e nella colonna d'acqua e stimare il potenziale trasferimento di ARGs legati a specifici elementi mobili, prevedendo così la dinamica del resistoma-mobiloma lungo un gradiente di stressori antropogenici e indotti dal clima. UniTS, UniGE e OGS formano i team FEMTO che sono esperti in microbiologia ambientale, fisica degli aerosol e biogeochimica marina. Come prodotto tangibile, creeremo una mappa del rischio basata sulla dinamica del resistoma-mobiloma e sull'espressione focalizzata sui ARGs all'interno del quadro biogeochimico del carbonio. Il successo nei nostri obiettivi dovrebbe portare a una comprensione meccanicistica della significatività biogeochimica marina delle piscine di ARG microbiche e delle loro espressioni. Le nostre scoperte forniranno dati per sostenere la gestione della questione della resistenza agli antimicrobici all'interno dell'approccio One Health, dove la salute umana, animale e ambientale deve essere gestita in sincronia attraverso gli ambienti. Incontri di gruppo quindicinali garantiranno una comunicazione fluida nel team FEMTO e una rapida gestione del rischio. Comunicheremo rapidamente le nostre scoperte in riviste open-access a ampia diffusione, in conferenze e in eventi open-day, e tramite strumenti di social media. FEMTO potrebbe cambiare il paradigma attuale sul ciclo del carbonio microbico e sul funzionamento degli ecosistemi marini, rivelando così un nuovo contesto derivato dal resistoma-mobiloma per la biogeochimica del carbonio lungo il continuo aria-oceano.

Marine bacteria (and Archaea) play major roles in the oceanic carbon biogeochemical cycle thus structuring our planet and promoting Earth habitability. Within the marine biogeochemical cycle of carbon, microbes determine the fate of the fixed carbon: respiration, nutrient regeneration, biomass for higher trophic levels, sinking detrital particles for carbon storage. One layer of complexity within the microbial functioning that hasn't been explored yet, is the associated mobilome focused on antimicrobial resistance genes (ARGs), the resistome, within the microbial biogeochemical role in ocean-atmosphere as interconnected environments. Now more than ever, we understand the importance of the human-microbe nexus via air-water environment and that we urge to shift gears in managing the antimicrobial resistance crisis. Mobilome can be defined as specific information embedded in microbial genomes and can be exchanged among microbes. Swapping genes allow microbes to develop novel strategies for thriving in the environment. Within the mobilome, resistome refers to all genes that directly or indirectly contribute to antibiotic resistance. Furthermore, due to technical difficulties to recreate the “atmosphere as a microbial environment” there is a general lack of fundamental knowledge on bacteria behavior, physiology and ultimately gene expression in the air. FEMTO combines biogeochemical measurements with targeted resistome-mobilome metagenomics, and innovative culture-based experiments in an atmospheric simulation chamber. This research will map focused resistome-mobilome in the sea spray aerosol (SSA) and water column and estimate the potential transfer ARGs linked to specific mobile elements thus predicting the resistome-mobilome dynamics along a gradient of anthropogenic and climate-induced stressors. UniTS, UniGE and OGS form the FEMTO teams who are experts in environmental microbiology, aerosol physics and marine biogeochemistry. As a tangible product, we will create a risk map based on resistome-mobilome dynamics and expression focusing on ARGs within the carbon biogeochemical framework. Success in our goals should yield a mechanistic understanding of the marine biogeochemical significance of microbial ARG pools and their expressions. Our findings will provide data for supporting the management of the antimicrobial resistance issue within the One Health approach where human, animal and environmental health must be managed in synchrony across environments. Bimonthly group meetings will ensure high-flow communication in the FEMTO team and prompt risk management. We will rapidly communicate our findings in wide circulation open-access journals, at conferences and in open-day events, and via social media tools. FEMTO could shift the current paradigm on microbial carbon cycling and marine ecosystem functioning thus revealing a novel resistome-mobilome-derived context for carbon biogeochemistry across the air-ocean continuum.