Scienziati californiani scoprono il meccanismo della capsula di fuga utilizzato dai batteri per sopravvivere

Una scoperta pionieristica rivela un sorprendente meccanismo di “capsula di fuga” in comunità batteriche precedentemente studiate in relazione agli ambienti marini. Questa è la prima registrazione conosciuta di tale comportamento nel regno batterico.

Alla fine del loro ciclo vitale, questi ammassi microscopici rilasciano strategicamente un gruppo di cellule, garantendo così la continuità della specie attraverso la formazione di nuove colonie.

Gli scienziati sono stati in grado di utilizzare questa nuova conoscenza per smantellare i biofilm, aprendo una strada promettente per combattere i batteri che hanno sviluppato resistenza ai farmaci.

Sebbene la fantascienza abbia esplorato a lungo l’idea di capsule di fuga per salvare i personaggi, i biologi dell’Università della California a San Diego (UC San Diego) hanno identificato una capacità simile nelle colonie batteriche, evidenziando un’inaspettata strategia di sopravvivenza nel mondo microscopico.

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I biofilm, che sono raggruppamenti di batteri, crescono vigorosamente su varie superfici. Questi insiemi di cellule si trovano frequentemente negli ecosistemi acquatici, aderiscono alle rocce e formano strati viscosi nei tubi, oltre ad essere presenti in regioni del corpo umano come la pelle e la cavità orale.

Il team dell’UC San Diego, guidato dal professor Gürol Süel della Scuola di Scienze Biologiche, è stato il primo a registrare l’espulsione di biofilm mentre studiava il batterio Bacillus subtilis. Fino ad allora, si credeva che i biofilm in declino si semplicemente disintegrassero, ma uno studio comparativo ha rivelato che l’espulsione cellulare è una caratteristica molto rara, osservata solo nelle meduse del regno animale, rendendo la scoperta batterica ancora più unica.

“Abbiamo scoperto che, quando si avvicinano alla fine della loro esistenza, questi biofilm lanciano cellule selezionate fuori dalla loro struttura con grande energia”, ha spiegato Süel, professore al Dipartimento di Biologia Molecolare, commentando la ricerca pubblicata su Nature Microbiology il 7 luglio. Ha aggiunto che il biofilm “rileva il pericolo e, in risposta, proietta le cellule nella comunità, come se fossero capsule di salvataggio”.

Meccanismo di difesa biologica in dettaglio

Guidato dagli studenti laureati Todd Kwang-Tao Chou e Alejandra Dau-Martinez, il team ha utilizzato apparecchiature ad alta risoluzione per catturare immagini di biofilm su scala cellulare. Questo approccio innovativo ha consentito uno studio più approfondito della matrice extracellulare (ECM), un’intricata rete molecolare che unisce e sostiene le cellule. Inoltre, la collaborazione con i ricercatori dell’Universitat Pompeu Fabra, in Spagna, attraverso la modellizzazione matematica, è stata fondamentale per svelare i principi fisici che governano il processo di espulsione, fino ad allora un mistero.

I ricercatori del laboratorio di Süel hanno identificato che la forza trainante dietro questa espulsione è una rete polimerica auto-organizzata, nota come idrogel. In particolare, la creazione di un polimero chiamato acido poli-γ-glutammico (γ-PGA) genera un idrogel capace di assorbire fino a mille volte il proprio peso in acqua. Il rigonfiamento derivante dalla γ-PGA spinge sulle cellule interne, costringendole a sfondare gli strati esterni e a sfuggire al biofilm.

Impatto della scoperta e potenziali applicazioni in campo sanitario

Gli scienziati hanno concluso che questa capacità di espulsione è fondamentale per la resilienza dei biofilm. Di fronte alla mancanza di nutrienti o ad altre avversità, i biofilm assicurano la perpetuazione della loro comunità espellendo le cellule mobili, che possono poi spostarsi e avviare nuove colonie in ambienti più favorevoli.

Copertura completa: Ultime Notizie (IT)

Secondo Süel, “il biofilm è consapevole di essere sull’orlo della morte, quindi espelle alcune delle sue cellule per garantire che possano sopravvivere e persistere in un altro momento”.

Dopo aver descritto approfonditamente il processo, il team ha convalidato le proprie conclusioni controllando e modificando la funzione di espulsione utilizzando metodi genetici e chimici. Un risultato significativo è stata la dimostrazione della possibilità di indurre la disintegrazione del biofilm attraverso la sovrapproduzione di γ-PGA.

Considerando l’elevata resistenza di molti biofilm batterici agli antibiotici, una sfida crescente per la salute pubblica globale, la capacità di disintegrarli offre una prospettiva rivoluzionaria. Questo approccio innovativo potrebbe diventare un nuovo metodo per sradicare le comunità batteriche dannose senza la necessità di ricorrere ai farmaci tradizionali, combattendo potenzialmente i cosiddetti “superbatteri”.

“Abbiamo dimostrato che i biofilm possono essere indotti a disperdersi senza l’uso di antibiotici o agenti chimici dannosi, semplicemente attraverso la sovrapproduzione di γ-PGA”, hanno affermato gli scienziati nel loro studio. I risultati potrebbero anche offrire preziosi spunti per comprendere meglio la diffusione del cancro, dato che tumori e biofilm batterici condividono somiglianze, come la metastasi, il processo in cui le cellule tumorali si staccano e si diffondono in tutto il corpo.