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The generality, mechanism, and function of bet-hedging in bacteria

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Meccanismi di adattamento ed evoluzione dei batteri

Il Bet-hedging (diversificazione del rischio) è una modalità di risposta ai cambiamenti ambientali che permette ai microrganismi di sopravvivere in condizioni ambientali variabili. Studiare il bet-hedging è fondamentale per comprendere l’evoluzione dei batteri in un ambiente in continua evoluzione.

Ricerca di base
Salute

I circuiti di geni batterici presentano fluttuazioni dei livelli di proteine regolatrici. Ciò permette a una sottopopolazione di cellule di entrare in uno stato antibiotico-resistente transitorio, aumentando la loro sopravvivenza. Questo meccanismo, chiamato bet-hedging, assicura che le cellule non facciano tutte parte dello stesso stato trascrizionale. Ciò consentirebbe la sopravvivenza della colonia batterica in caso di futuri cambiamenti ambientali. Lo studio del bet-hedging è importante per la salute pubblica. La diffusione di malattie infettive può dipendere dall’attivazione di programmi genetici alternativi, quali competenza, risposta generale allo stress e persistenza agli antibiotici nei batteri. Il progetto BET-HEDGING BACTERIA, finanziato dall’UE, ha studiato i meccanismi con i quali le cellule batteriche generano stati trascrizionali alternativi. I ricercatori hanno osservato il comportamento degli impulsi stocastici su sette fattori alternativi di iniziazione di trascrizione batterica (fattori sigma) sotto stress energetici. I risultati preliminari con i singoli fattori suggeriscono una vasta gamma di dinamiche di impulsi relativi al fattore sigma sotto stress. In particolare, sigV ha mostrato un’attivazione bimodale sotto stress del lisozima. Il semplice modello matematico di attivazione di sigV ha suggerito che l’attività bimodale, per sigV sotto stress del lisozima, può essere spiegata da una differenza nella sua regolazione rispetto a sigB, mediante impulsi a frequenza modulata. Il fattore anti-Sigma V è stato preso di mira come bersaglio per la degradazione in condizioni di stress, mentre il fattore anti-sigma di sigB viene immobilizzato. I modelli matematici hanno dimostrato che questa differenza di regolazione può portare a un’attività bimodale di sigV. Oltre agli obiettivi del progetto originale, i ricercatori hanno testato l’esistenza di un’attivazione eterogenea per fattori sigma, nella biopellicola di bacillus. Il Bacillus subtilis cresce come biopellicola in natura. I ricercatori hanno studiato se i modelli di espressione eterogenea si verificano anche nelle biopellicole. Essi hanno scoperto che il fattore sigB era espresso in modo eterogeneo nella biopellicola e che le distribuzioni a cellula singola relative all’attività di sigB erano simili a quelle osservate in coltura liquida e in agarosio. È interessante notare che l’espressione di sigB più elevata è stata rilevata nella parte superiore della biopellicola. Il successo di questo progetto ha prodotto avanzamenti significativi circa la comprensione del modo in cui gli stati trascrizionali eterogenei aiutano la sopravvivenza dei batteri in un ambiente ostile. La speranza è che il lavoro possa avere implicazioni a lungo termine per la salute pubblica.

Parole chiave

Bet-hedging, circuiti di geni batterici, persistenza antibiotica, BET-HEDGING BACTERIA, fattori sigma

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