batteri
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I batteri, gli organismi viventi più piccoli del mondo, formano comunità in cui vivono insieme, contribuiscono con una quota di proprietà e condividono interessi comuni. Il terreno attorno alle radici di una pianta contiene milioni di organismi in costante interazione: troppi individui impegnati da studiare contemporaneamente, nonostante l’importanza di capire come si mescolano i microbi.

In un nuovo studio, i ricercatori dell’Università del Wisconsin-Madison hanno appreso che un modello drasticamente ridotto di una comunità microbica consente di osservare alcune delle complesse interazioni. In tal modo, hanno scoperto un attore chiave nella comunicazione microbica: la presenza o l’assenza di un composto antibiotico prodotto da uno dei membri della comunità ha influenzato il comportamento degli altri due membri.

Poco si sa su come i singoli microbi interagiscono tra loro nelle comunità, ma questa conoscenza ha un’incredibile promessa. Ad esempio, il batterio Bacillus cereus può proteggere le piante producendo un antibiotico che scoraggia l’agente patogeno che causa lo “smorzamento”, una malattia che uccide le piante ed è costosa per gli agricoltori.

Ma gli agenti di biocontrollo come il B. cereus non sono sempre efficaci. A volte le piante trattate con il B. cereus fioriscono, a volte no, e i ricercatori stanno cercando di capire perché. “I batteri non vivono isolati”, sottolinea Amanda Hurley, autrice principale del nuovo studio, pubblicato sulla rivista scientifica mBio e citato da Phys Org. “Se potessimo scoprire come cambiano le interazioni tra le specie in presenza di più specie, potremmo iniziare a comprendere le tendenze di comunicazione di intere comunità microbiche. Usando la chimica o la genetica, potremmo interrompere determinate conversazioni e amplificarne altre, portando a microbiomi che interagiscono con i loro ambienti in un modo più positivo e prevedibile, che si tratti di esseri umani, colture o suolo stesso“.

 

Lo studio

La decifrazione delle interazioni tra i microrganismi potrebbe aiutare a creare un ambiente più favorevole per il Bacillus cereus. Hurley e i coautori Marc Chevrette, professore all’Università della Florida, e Natalia Rosario-Melendez, una studentessa laureata nel laboratorio di Handelsman, si sono concentrati sulla decodifica e sulla traduzione delle conversazioni chimiche.

Il gruppo ha creato un sistema modello composto da tre specie – Fllavobacterium johnsoniae e Pseudomonas koreensis – che sono state isolate con B. cereus da radici di soia coltivate in campo, che hanno chiamato “Gli autostoppisti della rizosfera” o THOR.

I batteri spesso comunicano attraverso la chimica. Manipolare la chimica attraverso geni e sostanze chimiche potrebbe cambiare la conversazione e far sentire il Bacillus cereus il benvenuto alle radici delle piante.

I ricercatori hanno costruito profili di organismi THOR usando il loro mRNA, molecole prodotte quando un gene viene espresso. In ciascuna combinazione di batteri THOR, i ricercatori hanno cercato differenze nell’espressione genica. Gli organismi THOR rispondevano l’un l’altro in modo diverso in ciascuna combinazione, e quando le tre specie erano insieme, iniziarono ad accadere nuove cose che non accadevano in nessuna delle coppie o in una singola condizione.

Nella comunità THOR, l’espressione genica era dominata dalle interazioni con un membro, P. koreensis. I risultati sono stati mediati dalla presenza dell’antibiotico koreenceine, il metaforico martello di THOR.

Questa molecola sembra influenzare l’espressione e l’interazione di migliaia di geni. Secondo i ricercatori, determinare come la coreenceina regola i geni della comunità sarà un trampolino di lancio per ulteriori indagini.

Lo studio conferma l’idea iniziale di Handelsman secondo cui vale la pena indagare sulle comunità, perché l’attività non è solo la somma dei membri, ma riflette anche le proprietà della comunità. “Tradizionalmente, le persone guardano solo a un singolo organismo. Ciò che rende diverso il nostro studio è che guardiamo alla comunità”, sottolinea Chevrette. “Le comunità sono diverse. C’è qualcosa di unico in una comunità che la rende diversa dalla somma delle sue parti. L’uso della semplicità dei modelli microbiologici può aiutarci con la sfida di comprendere i microbi in comunità complesse e come possono essere modificati per migliorare la salute umana, ambientale e agricola”, conclude il ricercatore.