La ricerca fa luce sui meccanismi molecolari che consentono ai batteri di competere e stabilire la simbiosi

Sono stati identificati due fattori che controllano l'espressione di un gene chiave richiesto dai batteri luminescenti per uccidere le cellule batteriche concorrenti. Il ritrovamento, dai ricercatori della Penn State, fa luce sui meccanismi molecolari che consentono a diversi ceppi di batteri di competere e stabilire la simbiosi nel calamaro bobtail hawaiano. Di conseguenza, lo studio, che appare online nel Giornale di batteriologia , aggiunge alla nostra comprensione di come viene determinata la composizione del microbioma di un ospite, e può essere applicabile a microbiomi più complessi nell'uomo.

Stiamo cercando di capire come i batteri interagiscono tra loro nel contesto di una simbiosi animale-microbo. Con molte di queste simbiosi, la superficie del tessuto ospite diventa un ecosistema in cui le cellule di diverse specie e ceppi di batteri interagiscono e competono per le risorse. Sapevamo che alcuni di questi ceppi batterici hanno la capacità di attaccare e uccidere altri ceppi, ma non sapevamo come questo meccanismo sia regolato geneticamente".

Tim Miyashiro, assistente professore di biochimica e biologia molecolare alla Penn State e capo del gruppo di ricerca

Quando un calamaro hawaiano si schiude, i batteri bioluminescenti nell'ambiente circostante iniziano a colonizzare minuscoli recessi chiamati cripte nell'organo di luce del calamaro. I batteri trovano riparo e un ambiente ricco di sostanze nutritive all'interno delle cripte, dove producono un bagliore blu che i ricercatori ritengono aiuti a oscurare i calamari notturni dai predatori sottostanti. Alcuni ceppi di questo batterio, Vibrio fischeri, impiegare un meccanismo simile ad un ago noto come sistema di secrezione di tipo VI (T6SS) per iniettare tossine e uccidere le cellule batteriche vicine. I ceppi che utilizzano T6SS uccideranno i ceppi batterici sensibili in una cripta, mentre quelli senza T6SS possono convivere con altri ceppi.

"Il sistema di tipo VI si trova all'interno di molti batteri diversi, " ha detto Kirsten R. Guckes, un ricercatore post-dottorato presso Penn State e primo autore del documento. "In origine si pensava che contribuisse principalmente alla virulenza dei batteri patogeni. Ad esempio, Vibrio cholerae, i batteri che causano il colera, lo usa. Ma, ora sappiamo che i batteri benefici, come V. fischeri, usa anche T6SS per uccidere altri batteri. Poiché si pensa che T6SS sia energeticamente costoso da produrre per i batteri, e farlo potrebbe interferire con la capacità dei batteri di prosperare e produrre bioluminescenza, capire come sono regolati i componenti del sistema ci aiuterà a spiegare la relazione ospite-simbionte e i fattori che contribuiscono a stabilire la simbiosi".

Un componente strutturale chiave di T6SS è Hcp, codificato da due geni funzionalmente ridondanti. Il team di ricerca ha dimostrato che l'espressione di Hcp dipende da due fattori:il fattore sigma alternativo σ54 e la proteina legante il potenziatore batterico VasH. Inoltre, hanno dimostrato che VasH, che è necessario affinché i batteri uccidano altre cellule, regola l'espressione di Hcp all'interno dell'ospite, suggerendo che l'espressione di T6SS è regolata durante la simbiosi.

"La conoscenza che l'ambiente dell'ospite può stimolare il sistema di tipo VI suggerisce che il sistema è stato integrato nel programma di sviluppo che i batteri usano quando iniziano la simbiosi con il calamaro, " disse Miyashiro. "Allora, sembra che il sistema sia importante per l'instaurazione della simbiosi, se sono presenti o meno altri batteri concorrenti. Inoltre, possiamo applicare ciò che stiamo imparando in questa relazione ospite-simbionte relativamente semplice a microbiomi più complessi come quelli che si trovano nell'intestino umano e sulla nostra pelle".

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