Danneggiati ma non sconfitti: i batteri si difendono dagli attacchi con nano arpioni
Nuove conoscenze sui meccanismi di difesa dei batteri
Alcuni batteri usano piccoli arpioni per difendersi dagli attacchi dei rivali. I ricercatori dell'Università di Basilea hanno pungolato i batteri con un "mini-ago" per simulare un attacco. In questo modo, hanno potuto dimostrare che i batteri assemblano e sparano la loro nano-arma solo quando il loro involucro cellulare viene danneggiato durante un attacco.
I batteri Pseudomonas si difendono con nano-arpioni quando vengono punti con un "ago" appuntito (ingrandimento 15.000x).
University of Basel, Biozentrum/SNI Nano Imaging Lab
Nel mondo dei microbi c'è sia una coesistenza pacifica che una feroce competizione per lo spazio e le sostanze nutritive. Alcuni batteri superano i loro concorrenti o respingono gli aggressori iniettando loro un cocktail letale con un minuscolo nano-arpione, noto anche come sistema di secrezione di tipo VI (T6SS).
I batteri reagiscono ai danni dell'involucro cellulare esterno
Il gruppo di ricerca del Prof. Dr. Marek Basler presso il Biozentrum dell'Università di Basilea ha studiato il T6SS in vari tipi di batteri, come lo Pseudomonas aeruginosa, per molti anni. "Sapevamo già che questo batterio dispiega il suo nano arpione solo quando viene attaccato", spiega Basler. "Tuttavia, non sapevamo esattamente cosa innesca l'assemblaggio del nano-arpione: è sufficiente il contatto diretto con le cellule vicine, si tratta di molecole tossiche o semplicemente di un danno alla cellula?".
In collaborazione con Roderick Lim, professore Argovia di nanobiologia presso il Biozentrum e l'Istituto svizzero di nanoscienze (SNI), i ricercatori sono ora riusciti a dimostrare che i batteri reagiscono solo quando entrano in contatto con le cellule vicine: I batteri reagiscono solo quando il loro involucro cellulare esterno viene danneggiato meccanicamente, come quando viene trafitto da un "ago" molto affilato. Lo studio è pubblicato su "Science Advances".
L'involucro batterico perforato da un minuscolo "ago"
Il laboratorio di Roderick Lim ha molti anni di esperienza nella microscopia a forza atomica (AFM). "Utilizzando il microscopio a forza atomica, siamo stati in grado di imitare l'attacco di un T6SS batterico", spiega Mitchell Brüderlin, dottorando presso la Scuola di dottorato SNI e primo autore dello studio. "Con la punta aghiforme dell'AFM, possiamo toccare la superficie batterica e, aumentando gradualmente la pressione, possiamo perforare selettivamente la membrana esterna e interna dei batteri".
In combinazione con la microscopia a fluorescenza, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che i batteri reagiscono ai danni della membrana esterna. "Nel giro di dieci secondi, i batteri assemblano le loro T6SS nel punto danneggiato e di solito rispondono al fuoco più volte con la massima precisione", descrive Basler. "Il nostro lavoro dimostra chiaramente che il danno alla membrana esterna è sufficiente da solo a innescare l'assemblaggio dell'arpione T6SS".
Nuove conoscenze sui meccanismi di difesa dei batteri
La sfida più grande era rappresentata dalle dimensioni e dalla forma dei batteri. "Finora abbiamo usato l'AFM solo per analizzare cellule eucariotiche, comprese quelle umane", spiega Lim, "ma i batteri Pseudomonas a forma di bastoncino sono più di dieci volte più piccoli delle cellule umane. Per questo motivo è stato estremamente impegnativo centrare il punto giusto con la punta dell'AFM".
Negli ecosistemi microbici, la sopravvivenza è una questione di strategia e Pseudomonas aeruginosa ha indubbiamente imparato l'arte della difesa. "Poiché i batteri rispondono in modo molto specifico e rapido con il T6SS dopo un attacco, il rischio di superare il nemico è ridotto", afferma Basler. "Nel complesso, l'impegno profuso nella produzione del nano-arpione vale la pena per i batteri". Le sofisticate tattiche di difesa conferiscono agli Pseudomonas un vantaggio in termini di sopravvivenza. Eliminando in modo mirato gli aggressori, i batteri sono in grado di resistere anche in un ambiente caratterizzato da una forte rivalità.
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