Un mondo noioso senza genere, ormoni o sistema nervoso...

Questa è un'era di interazione sociale universale. Quando le persone si incontrano, possono aggiungersi a vicenda tramite WeChat e stabilire immediatamente delle connessioni. Seguo il tuo post e ti piace il mio post. Possiamo entrambi sentire la presenza dell'altro e godere del divertimento dell'interazione.

Nel mondo microbico, tutti provavano simpatia per queste povere creature che non sapevano parlare o avere emoji. Il premio Nobel François Jacob descrisse addirittura il mondo batterico nel suo libro del 1970 come “un mondo noioso senza genere, ormoni o sistemi nervosi, solo individui che continuano a riprodursi”.

Più di 30 anni fa, un piccolo animale proveniente dalle profondità dell'oceano è improvvisamente diventato il nuovo oggetto di studio preferito dagli scienziati. Si chiama calamaro bobtail hawaiano. È grande quanto un dito umano, ma ha un potere magico: il suo corpo può brillare. Dopo la ricerca, gli scienziati hanno scoperto che non è il piccolo calamaro in sé a brillare, bensì i batteri che vivono nel suo corpo.

Il Vibrio fischeri è un batterio che vive in simbiosi con il calamaro hawaiano. Vive nell'organo luminoso presente sull'addome del calamaro, cresce grazie ai nutrienti del calamaro e gli restituisce questa capacità luminosa, aiutando il piccolo calamaro a mantenere la stessa luminosità dell'ambiente circostante nelle notti di luna piena e a nascondersi dai predatori. Ciò che è ancora più interessante è che questi batteri non brillano sempre. Iniziano a brillare solo quando i batteri nella fonte luminosa raggiungono una certa concentrazione.

Come fanno a sapere che ce ne sono abbastanza in giro?

Si scopre che ogni batterio può rilasciare una piccola quantità di molecole segnale nell'ambiente circostante. Con l'aumento del numero di batteri, aumenta gradualmente la concentrazione di molecole segnale nell'ambiente. Quando la concentrazione raggiunge una certa soglia, specifiche proteine ​​recettrici nei batteri si legano ad essa e attivano o inibiscono l'espressione dei geni corrispondenti, consentendo così a tutti i batteri nel sistema di completare la stessa cosa all'unisono, come la luminescenza collettiva menzionata sopra. Ahah, i batteri non solo sanno comunicare, ma possono anche fare crowdfunding!

La scoperta di questa capacità ha fatto sì che gli esseri umani guardassero ancora una volta queste piccole creature con occhi nuovi. In origine si pensava che solo gli animali superiori potessero mettere in atto comportamenti di gruppo, ma in realtà anche i batteri possono farlo se non sono adeguatamente preparati; una volta che le condizioni sono mature, solleveranno le braccia e riceveranno risposte da tutte le direzioni.

Nel giorno del Ringraziamento del 1993, Stephen C. Winans, professore di microbiologia alla Cornell University, si riunì a casa sua con la famiglia e gli amici.

Stephen C. Winans ha utilizzato l'Agrobacterium tumefaciens come materiale sperimentale per studiare la capacità dei batteri di comunicare i segnali. Dopo aver cercato di comprendere la ricerca scientifica del cognato, quest'ultimo, un avvocato, ha ritenuto che il modo in cui funzionano i batteri, "determinando una funzione specifica in base alle dimensioni del gruppo", è molto simile alla regola della società umana che richiede che venga superato un quorum quando si prendono decisioni su eventi importanti. Da allora, questa capacità dei batteri ha avuto un nome formale: quorum sensing (QS).

Gradualmente, si è scoperto che molti fenomeni sono correlati al quorum sensing, come l'accumulo di batteri nella placca dentale che causa la malattia parodontale, la bioluminescenza (come mostrato nella Figura 2), la formazione di spore, la secrezione di tossine durante l'infezione batterica patogena e i noduli di fissazione dell'azoto da parte dei rizobi, ecc. Il quorum sensing aumenta notevolmente la probabilità di sopravvivenza dei microrganismi nell'ambiente, aiutando i batteri a completare il loro ciclo di vita in modo organizzato e tattico.

Prendiamo come esempio la Pseudomonas aeruginosa. È uno degli agenti patogeni più indesiderati negli ospedali e spesso causa infezioni. Il sistema di quorum sensing non solo può regolare la secrezione dei fattori di virulenza di Pseudomonas aeruginosa, ma anche aiutare Pseudomonas aeruginosa a costruire un "piccolo castello" batterico con una struttura tridimensionale. Quando si riuniscono in questo "piccolo castello" chiamato biofilm, la loro capacità di resistere agli antibiotici e ai battericidi sarà centinaia o migliaia di volte superiore a quella dei loro compagni che agiscono da soli! Esatto, se questi batteri riescono a fuggire e sopravvivere, possono causare infezioni più gravi.

La complessità dei microrganismi va ben oltre l'immaginazione umana. Poiché possono comunicare con l'aiuto del quorum sensing, devono disporre del "linguaggio" necessario per comunicare. Il cosiddetto linguaggio è in realtà costituito dalle molecole segnale che secernono.

Attualmente si sa che esistono almeno tre "lingue" con strutture completamente diverse e che sotto la stessa "lingua" si trovano molti "dialetti" basati su differenze strutturali come la lunghezza della catena di carbonio. Oltre alle tre "lingue" principali, esistono anche diverse "lingue" più piccole. Alcuni batteri sono ancora più eloquenti e possono parlare più lingue! I microrganismi sfruttano questa situazione per competere tra loro ed escludere i dissidenti. Ad esempio, lo Staphylococcus aureus può parlare quattro "dialetti". Se la fazione che parla un determinato "dialetto" ha un vantaggio "numerico", sopprimerà le altre fazioni e impedirà loro di esprimere fattori di virulenza. Ahah, ti senti come se fossi in inferiorità numerica e stessi bullizzando la minoranza?

Alcuni dei comportamenti fisiologici regolati dal quorum sensing sono benefici, ma molti agenti patogeni possono sfruttarli per mettere a repentaglio la salute di esseri umani, animali e piante. In passato, per combattere i patogeni si ricorreva principalmente agli antibiotici. Ora che abbiamo padroneggiato il "linguaggio" di alcuni microrganismi, è giunto il momento di ricorrere al quorum sensing per contrattaccare. I ricercatori hanno distrutto o interferito con le molecole segnale percepite dai batteri (quorum quenching), trasformando i microrganismi in persone "sordi" e "mute" che hanno perso l'udito e non riescono a parlare, distruggendo così la rete di quorum sensing. Attualmente ci sono aziende impegnate nella ricerca e nello sviluppo di farmaci che interrompono il quorum sensing.

Forse, in un prossimo futuro, le persone non dovranno più preoccuparsi dell'abuso di antibiotici, ma potranno proteggere la salute umana e delle colture e promuovere la produzione agricola in modo calmo, non letale e solo distruttivo. Quanto sarebbe armonioso!

*Questo articolo è stato pubblicato per la prima volta da "The Fat Demon's Microbial Base" (ID WeChat: nldxhjwswx). Ogni ristampa su supporto multimediale deve conservare il nome e l'ID WeChat di "The Fat Demon's Microbial Base". Qualsiasi modifica, compresa quella al titolo, senza autorizzazione è severamente vietata.

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