Batteri che resistono all’arsenico, i loro segreti

L’analisi comparativa delle proteine responsabili dell’assorbimento cellulare dei composti del fosforo, indispensabili per la vita, ha permesso di individuare il meccanismo che consente di sopravvivere e prosperare ai batteri che vivono in ambienti ricchi di arseniati, che hanno un comportamento biochimico molto simile ai fosfati, ma sono tossici .

I composti dell’arsenico e del fosforo sono entrambi abbondanti sulla Terra, ma mentre questi ultimi sono indispensabili alla vita, i primi sono estremamente tossici. Tuttavia il loro comportamento chimico è talmente simile da lasciare a lungo perplessi sul modo in cui alcuni batteri riescano a sopravvivere in ambienti ricchi di arsenico.  

La questione è stata risolta ora da una ricerca condotta da biologi del Weizmann Institute of Science, a Rehovot, in Israele, e pubblicata su “Nature”, i quali hanno scoperto che i batteri riescono a distinguere tra i due composti grazie a una serie di molecole che si legano selettivamente solo ai fosfati perché riescono a rilevare una lieve distorsione in un legame a idrogeno.

Il rompicapo si era fatto ancor più interessante per i biologi dopo l’annuncio della scoperta, nel 2010, di un ceppo di batterio Halomonas che prosperava così rigogliosamente nei sedimenti ricchi di arsenico di un lago californiano, il Mono Lake, da indurre a pensare che potesse vivere anche in completa assenza di fosforo o addirittura avere un DNA in cui gli atomi di fosforo fossero rimpiazzati da atomi di arsenico.

Ricerche successive hanno confutato queste ipotesi, e in particolare la possibilità che i batteri possano vivere in totale assenza di fosforo, rendendo però ancora più enigmatico spiegare come faccia un batterio, in un ambiente ricco di arseniati, a distinguerli dai fosfati, considerato che gli enzimi che sfruttano i fosfati mostrano gli stessi parametri cinetici e gli stessi tipi di legame nei confronti di entrambi i composti.

Nel loro studio, Dan S. Tawfik e collaboratori hanno preso in esame un particolare gruppo di proteine periplasmatiche, che partecipano al cosiddetto sistema di trasporto attivo primario ABC (ATPase Binding Cassette), che nelle cellule batteriche media l’assorbimento dei fosfati; hanno quindi confrontando la  struttura e la funzionalità di quelle proteine in numerose specie di batteri, fra cui quello del Mono Lake e Klebsiella variicola, che proviene dal lago italiano di Albano ed è anch’esso fortemente resistente all’arsenico.

Analizzando ad altissima risoluzione le strutture che si creano quando le proteine si legano a un fosfato oppure a un arseniato, i ricercatori hanno stabilito che il modo in cui tutte queste proteine discriminano fra i due composti è sempre lo stesso, e si basa su una piccola alterazione delle dimensioni di un legame a idrogeno: una distorsione di appena il 4 per cento. In effetti, tutte le proteine testate hanno mostrato una certa capacità di discriminazione, benché vi siano variazioni minime della loro struttura, a seconda del ceppo batterico a cui appartengono, che influiscono drasticamente sulla loro selettività.