In che modo i batteri si vendicano dei virus
Negli ecosistemi naturali, i microbi sono sotto costante minaccia dei virus. I batteri, per sopravvivere in questo ambiente ostile, hanno sviluppato un sistema immunitario adattivo chiamato CRISPR-Cas. «Un aspetto davvero interessante di questo sistema immunitario è il fatto che i microbi sono capaci di memorizzare singoli virus», spiega Stan Brouns, coordinatore del progetto e professore associato di biologia molecolare presso la Delft University of Technology, nei Paesi Bassi. «E lo fanno deviando e memorizzando informazioni genetiche dei virus». Brouns ha fatto questa scoperta di recente osservando i batteri che lanciavano una risposta immunitaria attivata contro virus profondamente mutati. «Questo implica che il sistema CRISPR-Cas tiene memoria delle minacce nel lungo periodo», afferma, «il che fornirebbe un enorme vantaggio evolutivo».
Memorie a lungo termine
Brouns intendeva dare un seguito a questa scoperta. Il Consiglio europeo della ricerca ha sostenuto il progetto REMEMBER e ha permesso a Brouns di trasferirsi alla Delft University, dove ha potuto creare il suo laboratorio dedicato e organizzare un gruppo di ricerca di talento. «Volevo davvero definire il meccanismo che sta alla base di questo processo di formazione della memoria attivata contro i virus», osserva. «I virus mutano, quindi come fanno i batteri a rimanere aggiornati e a stare un passo avanti?» Brouns e il suo gruppo, combinando l’approccio genetico a quello biochimico, tra cui l’innovativo imaging molecolare di cellule viventi di Escherichia coli, sono riusciti a fare alcune scoperte notevoli. «La domanda principale che abbiamo posto riguardava il modo in cui i batteri riescono a mantenere aggiornate le loro memorie», aggiunge. «Ciò che abbiamo scoperto è che le “forbici genetiche” molecolari, simili a quelle scoperte dai vincitori del Premio Nobel per la chimica di quest’anno, sono fondamentali per la difesa contro i virus». Queste forbici molecolari sono utilizzate dai batteri per tagliare pezzi di DNA virale, la cui distruzione è accoppiata alla formazione di nuove memorie ed è tale accoppiamento a mantenere aggiornati i banchi di memoria nel sistema CRISPR. «Inoltre, abbiamo identificato il ruolo di una nuova particolare proteina che garantisce il funzionamento delle forbici molecolari e la funzionalità delle memorie acquisite», spiega Brouns. «Per la prima volta, siamo riusciti a osservare di persona in che modo funzionano realmente i sistemi CRISPR nelle cellule». Per mezzo di un approccio avanzato basato sulla microscopia, Brouns è stato in grado di analizzare il modo in cui queste forbici molecolari scansionano il DNA alla ricerca della sequenza bersaglio corrente. «Si tratta di un compito immane, in quanto le cellule sono piene di DNA», afferma. «Abbiamo scoperto che queste forbici funzionavano molto velocemente, il che ha aiutato anche a spiegare le ragioni della notevole efficienza dei sistemi CRISPR».
Un mondo di possibilità
Brouns ritiene che le informazioni fondamentali ottenute nel progetto REMEMBER contribuiranno a ridefinire la nostra comprensione del complesso rapporto evolutivo tra batteri e virus. «Siamo riusciti a dimostrare il continuo aggiornamento dei sistemi CRISPR e il modo in cui questo avviene», osserva. Brouns afferma che alcuni scienziati negli Stati Uniti hanno dimostrato come sia possibile utilizzare le memorie CRISPR per conservare i dati biologici. Ad esempio, le immagini del computer possono essere convertite in sequenze di DNA e memorizzate nei sistemi CRISPR. Attualmente, Brouns sta realizzando una biobanca dei batteriofagi (i virus dei batteri): «È possibile che questi ultimi possano rappresentare un’alternativa agli antibiotici», aggiunge. «C’è ancora bisogno di molta attività di ricerca prima di poter pensare all’uso clinico, ma il grande interrogativo è se un giorno potranno essere utilizzati come terapie e se potremo impedire ai batteri di diventare resistenti ai virus con i loro sistemi CRISPR».
Parole chiave
REMEMBER, virus, batteri, immunitario, antibiotici, CRISPR, molecolare, biologia, genetico
