Quorum sensing: anche i batteri parlano tra loro.

Nell’immaginario comune, i batteri sono spesso visti come dei pallini o bastoncelli microscopici, molto probabilmente pericolosi.

Con un successivo sforzo d’immaginazione si potrebbero aggiungere dettagli, ad esempio farli aderire ad una superficie o ipotizzare dei loro movimenti fluttuanti in qualche liquido, magari un vasetto di yogurt.

Nel loro mondo microscopico questi esserini sono attivi, vivi, numerosissimi (si stima esistano 1 trilione di specie!) e tutti molto diversi tra loro.

Lo scopo principale dei microbiologi è descrivere questo mondo, aggiungendo uno per volta sempre più dettagli ad un’immagine che ne contiene infiniti.

Lo scopo di quest’articolo, invece, è quello di mettere l’accento sulla ricchezza, vastità e bellezza di un mondo che non vediamo ma che ci circonda, ragionando in particolare su come si rapportano i batteri tra loro.
La prima preoccupazione di un batterio che si trova in condizioni favorevoli (spazio e nutrienti a sufficienza) è la riproduzione.

I batteri dividendosi vanno a creare popolazioni batteriche che rivestono grande importanza: un batterio singolo, infatti, non è fisicamente in grado di fare grandi cose, è invece più conveniente che sia l’intera popolazione ad agire.

Perché la popolazione funzioni è, però, necessaria una certa coordinazione, che può avvenire solo come conseguenza di una buona comunicazione.
La comunicazione batterica ha un nome specifico, quorum sensing, e avviene tramite il rilascio e la ricezione di piccole molecole: un batterio rilascerà la molecola e un altro la catturerà, ricevendo il messaggio.

Il contenuto del messaggio è, in realtà, molto semplice: i batteri vogliono comunicarsi quanti sono, capire se sono troppo pochi o abbastanza per poter agire.

La potenza della comunicazione risiede, invece, nella capacità di queste molecole segnale di regolare l’espressione genica del batterio che le ha catturate, stimolando o reprimendo la produzione di determinate proteine e definendo, di fatto, ciò che il batterio andrà a fare.

Rappresentazione schematica del quorum sensing. I bastoncelli azzurri sono i batteri, al loro interno, il cerchio verde è il loro DNA. Le molecole segnale sono rappresentate in rosso. Nell’ingrandimento del genoma del batterio, si vede come la molecola segnale riesca ad interagire con il DNA e a portare alla produzione di proteine specifiche, in questo caso una tossina. [per gentile concessione dell’autrice]

Il primo esempio di quorum sensing è stato studiato in Vibrio fischeri, un batterio bioluminescente (cioè in grado di produrre luce) che emette un segnale luminoso solo quando la densità batterica è sufficientemente alta.
In maniera simile, molti batteri patogeni utilizzano il quorum sensing per coordinarsi durante l’infezione.

Tale comunicazione risulta fondamentale nella formazione del biofilm, un polimero che i batteri producono per aderire ai tessuti dell’individuo infetto e che consente loro di riprodursi.

Batteri come Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus sono estremamente coordinati tra loro e attenti all’ambiente che li circonda, quindi riescono a capire quale sia il luogo e il momento perfetto per riprodursi, arrivando a regolare finemente il loro numero e la produzione di tossine e proteine necessarie per evadere i sistemi di difesa che vengono attuati dalle cellule del sistema immunitario dell’ospite.

Per concludere, sappiamo che i batteri vivono in gruppi e lavorano insieme coordinandosi e comunicando tra loro.

Lo studio del quorum sensing, però, non si limita ad aggiungere fascino al mondo microscopico ma è anche importantissimo a livello clinico, in quanto le molecole segnale e i meccanismi con cui queste vengono catturate sono un bersaglio da tenere a mente per lo sviluppo di nuovi antibiotici.

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Maria Paola Pisano Dottoranda in Biologia, lettrice e viaggiatrice nel tempo libero. Si occupa di genetica e di virus ma è affascinata da tutto ciò che ha a che fare con la natura e i suoi meccanismi.

Bibliografia e fonti:

  • Progress in and promise of bacterial quorum sensing research. Whiteley M, Diggle SP, Greenberg EP. Nature. 2017 Nov 15;551(7680):313-320. doi: 10.1038/nature24624. Review;
  • Quorum-Sensing Systems as Targets for Antivirulence Therapy. Defoirdt T. Trends Microbiol. 2018 Apr;26(4):313-328. doi: 10.1016/j.tim.2017.10.005. Epub 2017 Nov 10. Review;
  • Relationship Between Quorum Sensing and Secretion Systems. Pena RT, Blasco L, Ambroa A, González-Pedrajo B, Fernández-García L, López M, Bleriot I, Bou G, García-Contreras R, Wood TK, Tomás M, Front Microbiol. 2019 Jun 7;10:1100. doi: 10.3389/fmicb.2019.01100. eCollection 2019. Review.

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