Radar di protezione per i batteri
Un radar chimico permette ai batteri di individuare e uccidere i predatori
Le relazioni tra predatori e prede sono presenti praticamente in tutti gli ecosistemi. Anche i microrganismi del loro mondo, invisibile a occhio nudo, si impegnano in queste interazioni quando lottano per la sopravvivenza della loro specie. Il modo in cui il batterio Pseudomonas syringae utilizza un radar chimico per individuare e uccidere le amebe nemiche è stato pubblicato in uno studio sulla rivista scientifica Cell.
L'indagine su come i microrganismi comunicano migliora la nostra comprensione delle complesse interazioni ecologiche che danno forma al nostro ambiente - uno dei principali obiettivi del Cluster di eccellenza "Balance of the Microverse". Un gruppo di ricerca del Cluster presso l'Istituto Leibniz per la ricerca sui prodotti naturali e la biologia delle infezioni - Istituto Hans Knöll (Leibniz-HKI) e l'Università Friedrich Schiller di Jena ha studiato l'interazione tra amebe, batteri e piante. Allo studio hanno partecipato anche ricercatori dell'Università di Bayreuth. I risultati aprono nuove strade per la scoperta di prodotti naturali bioattivi.
Il patogeno persistente delle piante e un organismo unicellulare con spirito di squadra
Il batterio Pseudomonas syringae è un patogeno vegetale ubiquitario e devastante. Il patogeno penetra nella pianta attraverso aperture naturali o ferite, la infetta e causa notevoli danni in agricoltura. Le amebe sono nemici naturali del batterio. L'ameba Polysphondylium pallidum, ad esempio, è un organismo unicellulare che si nutre di batteri. Tuttavia, se il cibo scarseggia, gli organismi unicellulari si aggregano per formare strutture multicellulari che consentono la generazione e la dispersione di spore. Pur non essendo direttamente coinvolta nel processo di infezione della pianta, l'ameba è un importante predatore che costringe il batterio a sviluppare meccanismi di difesa molto efficaci per sopravvivere in sua presenza.
Un'ameba si uccide da sola
Il team di ricerca guidato da Pierre Stallforth, professore all'Università di Jena e capo dipartimento del Leibniz-HKI, ha ora identificato un meccanismo di difesa precedentemente sconosciuto della Pseudomonas syringae. "Siamo riusciti a dimostrare come il batterio utilizzi un radar chimico per riconoscere ed eliminare le amebe ostili. È interessante notare che le stesse amebe svolgono un ruolo cruciale nella loro stessa scomparsa", afferma Shuaibing Zhang, primo autore dello studio. Pierre Stallforth aggiunge: "LoPseudomonas syringae produce siringafattine. Si tratta di composti chimici innocui per l'ameba, che permettono al batterio di muoversi più velocemente. Quando l'ameba incontra questa molecola, l'organismo modifica la struttura chimica della siringafactina. Il batterio, a sua volta, possiede una speciale proteina sensore - la Chemical Radar Regulator (CraR) - che riconosce queste molecole modificate. Ciò consente ai batteri di rilevare la presenza di amebe e di attivare i geni responsabili della produzione di sostanze tossiche, le pirofattine. Le pirofattine uccidono a loro volta le amebe e, cosa interessante, sono derivati delle siringafattine modificate".
Il meccanismo di difesa offre opportunità per lo sviluppo di nuovi farmaci
L'infettività del batterio è legata anche al sistema di radar chimico: La P. syringae può infettare il crescione, Arabidopsis thaliana, un organismo modello vegetale molto comune, in presenza di amebe solo se il batterio ha un "radar chimico" attivo ed è quindi in grado di difendersi dal predatore.
Lo studio fornisce preziose indicazioni sulla complessa interazione tra microrganismi, protozoi e piante superiori. Fornisce inoltre punti di partenza per la scoperta di nuove sostanze naturali bioattive che possono essere utili all'uomo come farmaci o per il controllo dei parassiti.
Numerosi finanziamenti hanno reso possibile questo studio pionieristico sotto la direzione del Leibniz-HKI, tra cui la Fondazione Werner Siemens, la Fondazione tedesca per la ricerca nell'ambito del Cluster di eccellenza "Balance of the Microverse" e il Centro di ricerca collaborativa ChemBioSys. Anche gli Stati dell'Assia e della Turingia hanno sostenuto il progetto con finanziamenti del Fondo europeo di sviluppo regionale (EFRE).
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