Batterio sociale con abitudini versatili

Un batterio cooperativo è stato utilizzato dagli scienziati come organismo modello per studiare lo sviluppo e la cooperazione microbica.

Molti sistemi viventi condividono una capacità fondamentale di cooperazione. Le piante e gli animali sono costituiti da miliardi di cellule che comunicano tra loro, svolgono compiti specifici e condividono le loro risorse. Molti microrganismi monocellulari cooperano in modi altrettanto versatili: formano comunità e scambiano tra loro geni e risorse utili.

Il microbo Myxococcus xanthus è particolarmente cooperativo. Individuato nei terreni di tutto il mondo, è stato utilizzato dagli scienziati come organismo modello per studiare lo sviluppo e la cooperazione microbica. Le cellule di questo batterio predatore formano gruppi cooperativi che si organizzano per cacciare insieme altri microrganismi all'interno del suolo. Per spostarsi come gruppo, secernono sostanze lubrificanti e gettano appendici che si attaccano alla superficie circostante e ad altre cellule, spostandole in avanti mentre ritraggono queste appendici. Quando scarseggia il cibo, migliaia di questi batteri si aggregano e si trasformano in spore riposanti. Questo stratagemma consente loro di sopportare la fame e la siccità.

In passato gli scienziati teorizzavano che i gruppi di microbi cooperativi in natura potessero essere socialmente omogenei perché ciò avrebbe impedito il conflitto tra le cellule e quindi di minare la cooperazione. È stato dimostrato che individui geneticamente distinti appartenenti a gruppi diversi spesso evitano, ostacolano e si combattono a vicenda. “La nostra conoscenza della composizione genetica all'interno di gruppi cooperativi di questi batteri sociali in natura era molto limitata”, afferma Sébastien Wielgoss, (1) docente nel gruppo di ricerca del professor Gregory Velicer, (2) Istituto per la biologia integrativa, ETH di Zurigo.

In uno studio recentemente pubblicato su Science, (3) i ricercatori hanno utilizzato analisi genetiche per dimostrare che, mentre i gruppi cooperativi del batterio del suolo Myxococcus xanthus consistono in cellule strettamente correlate, il numero di tipi genetici e varietà di comportamento sociale, riscontrati all'interno dei singoli gruppi di corpi fruttiferi, sono inaspettatamente alti. I ricercatori hanno dedotto che queste collezioni di linee cellulari diversificate possono rimanere intatte per centinaia di generazioni.

Per il loro studio, i ricercatori hanno analizzato gruppi di cellule discendenti da un antenato comune. La mutazione formava diverse linee cellulari socialmente differenti, ma strettamente correlate all'interno di questi gruppi.

Alcune forme di diversità rappresentano una minaccia per la produttività del gruppo. Ad esempio, i singoli batteri possono mostrare comportamenti parassitari: contribuiscono poco al gruppo mentre sfruttano gli altri membri e riducono la funzione di gruppo. “Tuttavia, gli studi comportamentali con questi stessi gruppi non hanno trovato una strategia socialmente disgregativa”, ha detto il dottor Sébastien Wielgoss. Al contrario, mentre la maggioranza dei gruppi è geneticamente e socialmente molto varia, la diversità osservata non sembra minare le funzioni cooperative a livello di gruppo.

I ricercatori attribuiscono questa elevata diversità di modelli comportamentali alla selezione evolutiva che si concentra su un piccolo numero di geni 'sociali' che controllano le abitudini dei batteri. Queste mutazioni, favoriti dalla selezione naturale, causano una varietà di cambiamenti comportamentali, producendo una società eterogenea di cellule con diversi livelli produttivi di spore e velocità di sciami. I ricercatori ipotizzano che linee distinte nello stesso gruppo probabilmente differiscono anche nelle loro capacità di caccia cooperativa, anche se questo non è stato testato in questo studio.

Il dottor Sébastien Wielgoss ha spiegato che la selezione naturale può favorire alcune combinazioni di linee cellulari diversificate su altre combinazioni o persino su gruppi omogenei: “I gruppi cellulari, con un ampio repertorio comportamentale, possono rispondere ai cambiamenti ambientali in modo più efficace e avere un maggiore successo evolutivo rispetto ai gruppi omogenei di cellule in cui tutti si comportano allo stesso modo. La diversità culturale sembra essere piuttosto frequente tra i gruppi sociali di batteri”.

I microrganismi sono onnipresenti. Essi svolgono funzioni importanti nella nostra vita quotidiana: come aiutanti nella nostra flora intestinale; come agenti patogeni; come agenti nella produzione di cibo. Molti si combinano in gruppi cooperativi di cellule anche in natura.

I ricercatori ritengono che questi nuovi teoremi sulle proprietà genetiche e comportamentali dei batteri del suolo cooperativo possano aiutarci a comprendere la cooperazione anche con altri tipi di batteri, incluso l'importante patogeno Pseudomonas aeruginosa che infetta i pazienti immuno-compromessi e causa gravi infezioni a lungo termine.

Riferimenti:

(1) Sébastien Wielgoss

(2) Gregory Velicer

(3) Social genes are selection hotspots in kin groups of a soil microbe

Descrizione foto: nel momento in cui il cibo è scarso, gli individui del batterio sociale, che si trova nel suolo, Myxococcus xanthus cooperano per formare corpi fruttiferi gialli. Credit: ETH Zurich/Gregory J. Velicer

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: A social bacterium with versatile habits