Colonie batteriche coese come unico corpo sviluppano proteina letale contro colonie antagoniste

Colonie di batteri rivali sono in grado di produrre una sostanza chimica letale che tiene a bada i concorrenti. In grado di arrestare la crescita di colonie vicine e persino uccidere alcune cellule, i gruppi di batteri così difendono le risorse quando scarseggiano, anche quando la colonia invadente proviene dallo stasso ceppo della colonia preesistente.

“Si sostiene l’idea che ogni colonia è un superorganismo, un organismo multicellulare con la propria identità”, dice Eshel Ben-Jacob, scienziato  presso l’ UC San Diego’s Center for Theoretical Biological Physics, e professore di fisica all’Università di Tel Aviv. Ben-Jacob e l’autore Avraham Be’er della University of Texas, Austin, che in sieme ai colleghi hanno anticipato la loro scoperta nell’edizione on-line  del Proceedings of the National Academy of Sciences.

Colonie di Paenibacillus dendritiformis, quando si trovano su di una piastra si ramificano in tutte le direzioni, lì dove sono presenti sostanza nutrienti. Ma quando vengono immesse nuove colonie di batteri, si noterà che la ramificazione divtenerà asimmetrica, e si formerà come un solco vuoto tra una colonia e l’altra.

Non è la mancanza di cibo che blocca la crescita in quella zona. I ricercatori hanno trovato sostanze nutrienti nel vuoto, ma hanno anche trovato una proteina che non vi era presente in altre parti della piastra. Quando si tamponò un po’ della proteina purificata su una nuova piastra inoculata con P. dendritiformis, I batteri formano una colonia sbilenca e difforme che evitano la zona. E cellule ai bordi della colonia, le piu’ esposte alla proteina sospetta, morte.

Hanno chiamato la proteina “fattore letale fraterno”, per la sua capacità di uccidere anche le colonie che provengono da una singola colonia originale, e  individuato il  gene. MA il gene produsse una proteina che era due terzi piu’ grande della proteina identificata, e praticamente innocua, a differenza della proteina studiata e letale. Pertanto qualcos’altro doveva essere in gioco,qualcosa che gli scienziati non riuscivano ad identificare.

Si è passato quindi ad un modello in 3D dell’arma letale, per meglio identificare i meccanismi della proteina studiata.

“In fisica, usiamo modelli per fare previsioni,” Ben-Jacob ha detto, emulando i modelli biologici spesso presenti per capire ciò che è già spiegato e comprovato.Il modello ottenuto dovrebbe portar loro dalla forma ottenuta dell’intera proteina, al fattore che è quello da identificare, ben piu’ piccolo e realmente letale, il fattore che producono le colonie per difendersi e quando inizia la competizione, un fattore che è innocuo comunque fino ad un certo punto .

P. dendritiformis secerne anche una proteina chiamata subtilisina, che promuove la crescita, ma non in alte concentrazioni. La Subtilisina, che era già nota ed è disponibile in commercio, è la stessa trovata, fortemente ridimensionata, tra le colonie di batteri ‘concorrenti’. Questa forma ridotta di proteina presente durante la competizione, riesce a diventare arma letale nella guerra tra colonie, agendo sulle cellule batteriche e ridimensionandone il volume.

“Molto spesso, si scopre che per spiegare cosa sta succedendo, è necessario immaginare meccanismi che sono al di là di ciò che i biologi hanno specificamente scoperto del il sistema”, ha detto Herbert Levine, un professore di fisica all’Università della California di San Diego che ha co-diretto il Center for Theoretical Biological Physics ma non è stato coinvolto in questo studio. “In questo lavoro, sono riusciti a fare il passo successivo”, ha detto. “Essi sono stati in grado trovare il messaggero chimico che è in realtà la riproduzione del ruolo che essi ipotizzato”.