Gli scienziati hanno scoperto nuovi dettagli su come i batteri condividono i geni, compresi quelli che causano la resistenza antimicrobica (AMR), una minaccia crescente per la salute globale. I risultati provengono da ricercatori del John Innes Center, che hanno studiato particelle insolite note come agenti di trasferimento genico (GTA).
I GTA assomigliano ai batteriofagi (virus che infettano i batteri), ma non sono più invasori dannosi. Derivano invece da virus antichi che i batteri hanno adattato e portato sotto il proprio controllo.
Particelle simili a virus trasportano il DNA tra le cellule
Queste particelle agiscono come minuscoli veicoli di consegna. Raccolgono frammenti di DNA da una cellula batterica e li trasportano ad altre cellule vicine. Questo processo, chiamato trasferimento genico orizzontale, permette ai batteri di condividere rapidamente caratteristiche utili, inclusi i geni che li aiutano a sopravvivere ai trattamenti antibiotici.
Una fase chiave di questo processo è la lisi della cellula ospite, ovvero la rottura della cellula batterica che permette il rilascio delle particelle GTA. Fino ad ora, gli scienziati non avevano compreso appieno come queste particelle riuscissero a fuoriuscire dalle cellule ospiti.
Il cluster genico chiave controlla la lisi cellulare
In una ricerca pubblicata su Nature Microbiology , il team ha utilizzato un metodo di screening basato sul sequenziamento profondo per individuare i geni coinvolti nell’attività GTA nel batterio modello Caulobacter crescentus .
Hanno identificato un sistema a tre geni chiamato LypABC, che produce proteine batteriche. Quando i geni LypABC venivano rimossi, le cellule non erano più in grado di rompersi per rilasciare particelle GTA. Quando il sistema veniva iperattivato, molte cellule andavano incontro a lisi. Questi risultati dimostrano che LypABC agisce come un centro di controllo per questo processo.
Un sistema immunitario riadattato per il trasferimento genico
Una delle scoperte più sorprendenti è che LypABC assomiglia molto a un sistema immunitario batterico antifagico. Contiene componenti proteiche solitamente associate alla difesa contro i virus. Tuttavia, in questo caso, il sistema sembra essere stato riadattato per favorire il rilascio di particelle GTA e promuovere il trasferimento genico.
Questo lavoro, realizzato in collaborazione con l’Università di York e il Rowland Institute di Harvard, evidenzia come i batteri possano riutilizzare i sistemi biologici esistenti in modi inaspettati.
Una regolamentazione rigorosa è essenziale per la sopravvivenza.
I ricercatori hanno inoltre scoperto una proteina regolatrice che contribuisce a mantenere l’attività di GTA sotto stretto controllo. Questa regolazione è fondamentale perché un’attivazione impropria di LypABC può essere altamente tossica per le cellule batteriche.
Rivelando la flessibilità dei sistemi batterici, lo studio fornisce una comprensione più approfondita di come i geni si spostano tra le cellule. Questo processo gioca un ruolo fondamentale nella diffusione della resistenza agli antibiotici.
Nuovi indizi nella lotta contro la resistenza agli antibiotici
La prima autrice dello studio, la dottoressa Emma Banks, ricercatrice presso la Royal Commission for the Exhibition of 1851, ha dichiarato: “Ciò che è particolarmente interessante è che LypABC assomiglia a un sistema immunitario, eppure i batteri lo utilizzano per rilasciare particelle GTA. Questo suggerisce che i sistemi immunitari possono essere riadattati per aiutare i batteri a condividere il DNA tra loro, un processo che può contribuire alla diffusione della resistenza agli antibiotici”.
Il passo successivo consiste nel comprendere come viene attivato il sistema LypABC e come controlla la rottura delle cellule batteriche per rilasciare le particelle GTA.
La ricerca ha fatto nuova e importante luce sui meccanismi che, da nemici, si trasformano in alleati, consentendo ai batteri di scambiarsi geni, compresi quelli legati alla resistenza antimicrobica (AMR).
Queste scoperte, che ampliano la nostra comprensione della grave minaccia per la salute globale rappresentata dalla resistenza antimicrobica, sono emerse durante le ricerche del John Innes Centre sui curiosi fenomeni degli agenti di trasferimento genico (GTA).
Queste particelle portatrici di geni assomigliano ai batteriofagi (virus che infettano i batteri), ma sono state addomesticate a partire da virus antichi e utilizzate a scopo benefico sotto il controllo della cellula ospite batterica.
Agendo come corrieri, trasportano pacchetti di DNA batterico dell’ospite e li consegnano ai batteri vicini. Questa condivisione “altruistica”, nota come trasferimento genico orizzontale, può diffondere rapidamente caratteristiche utili, inclusi i geni che conferiscono resistenza agli antibiotici utilizzati per trattare le infezioni.
Una fase cruciale del ciclo vitale del GTA è la lisi della cellula ospite: la disgregazione della cellula ospite per rilasciare le particelle di GTA ricche di DNA. In precedenza, non era chiaro come le particelle di GTA riuscissero a fuoriuscire dalle cellule batteriche ospiti.
In questo studio, pubblicato su Nature Microbiology, il team ha utilizzato un metodo di screening basato sul sequenziamento profondo per identificare i geni cruciali per la funzione GTA nel batterio modello Caulobacter crescentus.
Questo ha permesso di identificare un centro di controllo composto da tre geni, LypABC, che codifica per proteine batteriche. Quando questi geni lypABC venivano eliminati, i batteri non erano più in grado di lisarsi per rilasciare particelle di GTA. Al contrario, sovraesprimendo il centro lypABC, si otteneva un’altissima percentuale di cellule in lisi. Nel complesso, questi esperimenti hanno identificato LypABC come un meccanismo di controllo per la lisi cellulare mediata da GTA.
Sorprendentemente, LypABC assomiglia a un sistema immunitario batterico antifagico poiché contiene domini proteici tipicamente necessari per la difesa contro i virus. Tuttavia, questa collaborazione tra il John Innes Centre, l’Università di York e il Rowland Institute di Harvard suggerisce che sia stato riadattato per rilasciare particelle GTA per il trasferimento genico.
Hanno inoltre identificato una proteina regolatrice necessaria per il controllo rigoroso sia dell’attivazione di GTA che della lisi mediata da GTA. Questo controllo è importante poiché una disregolazione di LypABC è altamente tossica per le cellule batteriche.
Evidenziando la plasticità dei domini batterici, lo studio contribuisce ad ampliare le conoscenze fondamentali su come avviene il trasferimento genico tra le cellule batteriche e offre un importante indizio per comprendere come si sviluppa la resistenza antimicrobica.
La prima autrice dello studio, la dottoressa Emma Banks, ricercatrice presso la Royal Commission for the Exhibition of 1851, ha dichiarato: “Ciò che è particolarmente interessante è che LypABC assomiglia a un sistema immunitario, eppure i batteri lo utilizzano per rilasciare particelle GTA. Questo suggerisce che i sistemi immunitari possono essere riadattati per aiutare i batteri a condividere il DNA tra loro, un processo che può contribuire alla diffusione della resistenza agli antibiotici”.
Il prossimo passo della ricerca consiste nello scoprire come viene attivato il centro di controllo LypABC e come funziona per controllare la rottura delle cellule batteriche e il rilascio delle particelle GTA.
“Un sistema immunitario batterico simile a CARD-NLR controlla il rilascio di agenti di trasferimento genico”, è stato pubblicato su Nature Microbiology.
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