La comunicazione tra le cellule nei batteri
Il batterio Myxococcus xanthus mostra varie forme di comportamento auto-organizzato in risposta a stimoli ambientali. Il progetto MICROBIAL SENSING (Dissecting new mechanisms of bacterial cell-to-cell communication) ha utilizzato l’M. xanthus come sistema modello per approfondire il coinvolgimento dell’apparato sensoriale denominato sistemi chemosensoriali (SCS) nella comunicazione batterica da cellula a cellula e nella formazione dei corpi fruttiferi. I ricercatori hanno caratterizzato tutti i sistemi chemosensoriali dell’M. xanthus, scoprendo che il batterio contiene 8 SCS previsti e 21 chemiorecettori. Tramite l’eliminazione sistematica dei geni che codificano i componenti e i chemiorecettori, il team è riuscito a determinare il loro effetto sui comportamenti sociali dell’M. xanthus. Grazie a studi di filogenetica, microscopia a fluorescenza e test di interazione tra proteine, il team ha identificato un grande modulo chemosensoriale costituito da tre SCS interconnessi e vari chemiorecettori, stabilendo che i comportamenti complessi come la motilità di gruppo e la formazione di biofilm richiedono un apparato regolatore composto da più sistemi con connessioni “Che”. Un’analisi più approfondita dell’M. xanthus ha rivelato che la proteina FrzB svolge l’inaspettata funzione di consegnare i segnali all’SCS citoplasmatico dei recettori Frz. I ricercatori hanno inoltre scoperto che il chemiorecettore citoplasmatico FrzCD forma cluster di proteine legandosi al nucleoide batterico tramite un dominio della proteina N-terminale simile a quello osservato negli istoni eucarioti. Durante la divisione cellulare, inoltre, i cluster non vengono segregati in modo uniforme tra le due cellule figlie e ciò comporta variazioni del numero di cluster FrzCD da cellula a cellula all’interno della popolazione batterica. Queste variazioni dei cluster generano un rumore fenotipico rilevante per i comportamenti sociali dell’M. xanthus. Il rumore fenotipico è importante nei batteri per la distribuzione di cellule specializzate, in previsione di possibili cambiamenti avversi dell’ambiente e può avere molte origini, tra cui variazioni dell’attività delle singole cellule o dell’attività metabolica da cellula a cellula o livelli fluttuanti di un segnale esterno. Il progetto ha mostrato per la prima volta che il rumore fenotipico può essere ottenuto anche mediante eventi di segregazione casuali e non uniformi. Proponendo una funzione per il nucleoide batterico nell’organizzazione degli SCS e nella generazione del rumore fenotipico, il progetto ha aperto una nuova prospettiva sul ruolo che esso svolge nelle cellule batteriche. Il team MICROBIAL SENSING ha raccolto quindi nuove informazioni sul modo in cui le cellule dell’M. xanthus comunicano e percepiscono l’ambiente attraverso l’SCS, aiutando a identificare nuovi obiettivi per gli antibiotici e per il trattamento delle infezioni mediate da biofilm. Ha inoltre offerto un contributo importante allo studio delle comunità batteriche, collegando l’architettura delle cellule batteriche, l’organizzazione funzionale dei complessi di trasduzione del segnale e i comportamenti cellulari.
Parole chiave
Biofilm, corpi fruttiferi, Myxococcus xanthus, MICROBIAL SENSING, sistemi chemosensoriali, chemiorecettori, nucleoide, rumore fenotipico, proteina N-terminale