(Batteri-Immagine showing the electrical charge of Bacillus subtilis as it responds to short bursts of nutrients. Credit: Suel Lab).
I batteri sono stati le prime forme di vita complesse sulla Terra, essendo apparsi per la prima volta più di tre miliardi di anni fa. Sono anche i più resistenti, essendo in grado di cambiare radicalmente il loro metabolismo per entrare in uno stato dormiente che consente loro di sopravvivere a periodi molto lunghi in cui interrompono la maggior parte della loro attività biologica.
In un caso estremo, ricercatori negli Stati Uniti e in Giappone hanno scoperto microrganismi di acque profonde che erano rimasti dormienti per più di 100 milioni di anni. Quando i microbi estratti sono stati studiati in laboratorio, i ricercatori hanno scoperto che i batteri hanno iniziato a crescere anche se si sono depositati durante un periodo in cui i dinosauri erano ancora vivi.
I batteri dormienti, noti come spore, non solo sono in grado di tornare in vita dopo molto tempo, ma possono resistere a pressioni, temperature e persino spazi esterni estremi.
Questo è estremamente notevole, ma anche abbastanza spaventoso. E se resuscitassimo un agente patogeno dormiente altamente pericoloso che potrebbe far sembrare il coronavirus mite al confronto? Con l’aumento delle temperature a causa del cambiamento climatico, una tale prospettiva sta diventando sempre più probabile poiché il permafrost in scioglimento si sta fratturando e scomparendo, esponendo potenzialmente miliardi di tonnellate di carbonio e innumerevoli specie di antichi batteri dormienti.
Questo è il motivo per cui è fondamentale saperne di più su come i batteri entrano in letargo e tornano in vita. Gli scienziati sanno da tempo che l’idratazione e il riavvio del metabolismo sono ciò che riporta in vita le spore batteriche, ma ci sono ancora molte incognite. Una domanda importante è in che modo queste spore monitorano effettivamente il loro ambiente per condizioni favorevoli quando presumibilmente “dormono”.
Le spore che contano
Questo particolare fastidioso enigma è stato ora risolto dai biologi dell’Università della California a San Diego, che hanno scoperto che le spore conservano la capacità di valutare l’ambiente circostante utilizzando l’energia elettrochimica immagazzinata, che funziona in modo molto simile a un condensatore elettrico. “Questo lavoro cambia il modo in cui pensiamo alle spore, che erano considerate oggetti inerti”, ha affermato il Professor Gürol Süel, biologo molecolare dell’Università della California a San Diego. “Mostriamo che le cellule in uno stato profondamente dormiente hanno la capacità di elaborare le informazioni. Abbiamo scoperto che le spore possono rilasciare la loro energia potenziale elettrochimica immagazzinata per eseguire un calcolo sul loro ambiente senza la necessità di attività metabolica”.
Durante gli esperimenti con le spore dormienti di Bacillus subtilis , i ricercatori hanno scoperto che i microbi potrebbero rilevare piccoli input ambientali, come i flussi di ioni potassio. Se la somma di questi segnali superasse una certa soglia, le spore esisterebbero nel loro stato dormiente e riprenderebbero l’attività biologica.
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Le spore potrebbero rilevare anche segnali ambientali di breve durata che non dovrebbero svegliarle. Ma per ciascuno di questi segnali, le spore hanno rilasciato parte del loro potassio immagazzinato e quindi hanno riassunto questi eventi favorevoli per determinare il momento giusto per “schiudersi”.
Questa è una strategia piuttosto ingegnosa poiché non si vuole spendere un carico di energia, che è già in quantità terribilmente limitata, a causa di un segnale ambientale falso positivo che ingannerebbe la spora dicendo che è al sicuro fuori e il cibo è abbondante.
Secondo Süel, questo meccanismo è abbastanza simile a come funzionano i neuroni.
“Sia nei batteri che nei neuroni, gli input piccoli e brevi vengono sommati nel tempo per determinare se viene raggiunta una soglia. Una volta raggiunta la soglia, le spore iniziano il loro ritorno alla vita, mentre i neuroni attivano un potenziale d’azione per comunicare con altri neuroni”, afferma.
A differenza dei neuroni, che sono alcune delle cellule biologiche più dipendenti dall’energia nel corpo umano, le spore possono contare i segnali senza richiedere alcuna energia metabolica.
I risultati hanno una serie di implicazioni pratiche poiché le spore sono praticamente ovunque intorno a noi. Alcune causano intossicazione alimentare, mentre altre possono causare antrace mortale. Il problema è che le spore sono resistenti agli antibiotici, quindi la comprensione dei fattori ambientali che le fanno prendere vita potrebbe portare a nuovi farmaci che uccidono i batteri per sempre.
“Questo lavoro suggerisce modi alternativi per far fronte alla potenziale minaccia rappresentata dalle spore patogene”, ha affermato Süel, che detiene affiliazioni con il San Diego Center for Systems Biology, BioCircuits Institute e Center for Microbiome Innovation . “Se gli scienziati trovano la vita su Marte o Venere, è probabile che si trovi in uno stato dormiente e ora sappiamo che una forma di vita che sembra essere completamente inerte potrebbe ancora essere in grado di pensare ai suoi prossimi passi”.
Fonte: Science
