Lo studio del DNA dei batteri rivela alcuni dei segreti della vita
Per riprodursi, tutti gli organismi viventi devono essere in grado di copiare le loro informazioni genetiche e trasmetterle alla loro prole. Questo complesso processo di replicazione del DNA coinvolge un numero elevato di proteine ed enzimi, che devono essere strettamente regolati per garantire la stabilità del genoma e la fedeltà di copia. «La replicazione del DNA è un passo essenziale nel ciclo cellulare batterico», spiega Michele Felletti, coordinatore del progetto NutriCoRe, nonché ricercatore post-dottorato presso l’Università di Stoccolma, in Svezia. «In condizioni ottimali, i batteri possono dividersi e proliferare rapidamente per molte generazioni». Tuttavia, in condizioni di stress, ad esempio per privazione di nutrienti, i batteri entrano in una sorta di modalità di sopravvivenza. Nei batteri patogeni, questa modalità è spesso associata a tolleranza agli antibiotici e persistenza dell’infezione.
Comprendere la vita
Lo scopo del progetto NutriCoRe era comprendere meglio i meccanismi molecolari attraverso i quali le cellule batteriche percepiscono l’assenza di nutrienti, sospendono la replicazione del DNA ed entrano in questa modalità di sopravvivenza. La ricerca, condotta con il supporto del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, si è concentrata su una proteina molto importante denominata DnaA. Questa è presente praticamente in tutti i batteri ed è essenziale per avviare la replicazione del DNA. «La regolazione del DNA è uno dei processi biologici più fondamentali e affascinanti», afferma Kristina Jonas, che ha supervisionato il progetto ed è professoressa assistente di Bioscienze molecolari all’Università di Stoccolma, in Svezia. «Abbiamo riconosciuto che la comprensione di questo processo era fondamentale per comprendere la vita. Oltre a ciò, abbiamo ritenuto che comprendere in che modo i batteri decidono se avviare la replicazione del DNA potrebbe potenzialmente fornirci nuove idee su come controllare la proliferazione batterica nella medicina e nell’industria». Utilizzando tecniche di genetica e biochimica, Felletti e Jonas hanno studiato come i livelli di DnaA cambiano durante la privazione di nutrienti nel batterio modello Caulobacter crescentus. Sebbene sia un batterio d’acqua dolce non patogeno, il Caulobacter è strettamente correlato a batteri rilevanti per la salute umana, l’ecologia e la biotecnologia. I ricercatori hanno scoperto che la sintesi del DnaA cessa durante la privazione di nutrienti. Hanno trovato prove che, quando i livelli di nutrienti nelle cellule sono bassi, il meccanismo cellulare responsabile della sintesi proteica arresta la produzione di DnaA durante la prima fase della sintesi di DnaA. «Questo meccanismo potrebbe essere utilizzato in modo simile da diversi batteri per regolare le proteine essenziali in risposta alla privazione di nutrienti», spiega Felletti.
Sviluppo di farmaci antibiotici
Il meccanismo identificato potrebbe costituire un nuovo principio regolatore, in base al quale l’espressione genica viene regolata in risposta alla disponibilità di nutrienti nei batteri. «Più in generale, i risultati di questo studio hanno fornito nuove informazioni sulla diversità dei meccanismi regolatori che controllano la replicazione del DNA, uno dei processi biologici più importanti», afferma Jonas. Nel lungo termine, le nuove scoperte potrebbero anche contribuire a far avanzare nuove strategie per il trattamento delle infezioni batteriche, attraverso lo sviluppo di farmaci antibiotici che prendono di mira direttamente i componenti dell’apparato di replicazione del DNA. «Sarebbe fantastico se i nostri risultati contribuissero al controllo della crescita batterica nell’industria e nella biotecnologia, ad esempio ingegnerizzando batteri con funzioni personalizzate», aggiunge Jonas. La comprensione dei meccanismi molecolari che regolano la proliferazione batterica rimane comunque una sfida fondamentale in biologia. «Sebbene il progetto NutriCoRe abbia fornito alcune informazioni importanti sulla regolazione del DnaA e sulla replicazione del DNA, questo non è l’unico processo biologico che è influenzato dalla disponibilità di nutrienti», osserva Felletti. «Anche altri processi cellulari fondamentali, quali la crescita cellulare, la divisione cellulare e la sintesi proteica, sono l’obiettivo dei meccanismi di controllo nutrizionale. C’è ancora bisogno di comprendere meglio questi meccanismi regolatori in diverse specie batteriche».
Parole chiave
NutriCoRe, DNA, cellule, genetica, biochimica, proteine, enzimi, batteri, farmaci, patogeno