I batteri possiedono un sistema immunitario acquisito | Neoteron

I batteri possiedono un sistema immunitario acquisito

Si tratta probabilmente di una delle scoperte più importanti degli ultimi dieci anni, nell’ambito della biologia molecolare.

Un nuovo studio della Rice University ha determinato un modello matematico per descrivere un sistema di immunità acquisita all’interno di batteri, capace di contrastare l’infezione di batteriofagi.

I batteriofagi sono virus che attaccano specificatamente i batteri, il loro meccanismo d’azione si basa sull’iniezione del loro genoma all’interno dell’ospite, allo scopo di riprodursi sfruttando il suo macchinario molecolare. Sembra che i batteri, però, abbiano sviluppato un sistema per immunizzarsi da alcune di queste potenziali minacce.

Ipotetico meccanismo d'azione di CRISPR

La ricerca si è concentrata sulla regione CRISPR (“clustered regularly interspaced short palindromic repeats”) del DNA batterico. Essa è composta da due tipi di sequenze: la prima, che da il nome alla regione e che inizialmente aveva catalizzato l’interesse scientifico, contiene brevi ripetizioni; nella seconda, inizialmente identificata come DNA spaziatore fra le ripetizioni, sono contenute sequenze genetiche specifiche dei fagi.

Quando una sequenza di un fago si trova nella regione CRISPR, il batterio è immunizzato dall’infezione di quel fago, in quanto diviene in grado di riconoscere e degradare il genoma virale, in maniera analoga al processo di RNA interference (RNAi) degli organismi eucariotici.

“Da una prospettiva puramente scientifica, questa ricerca ci insegna cose che non si sarebbe nemmeno potuto immaginare solo pochi anni fa, ma c’è anche un interesse applicativo in questo lavoro”, afferma Micheal Deem, professore di Biochimica, Ingegneria Genetica, Fisica e Astronomia alla Rice University.

In sostanza, la CRISPR agisce immagazzinando un insieme di frammenti dei genomi di quei virus che attaccano il batterio, immagazzinamento che avviene mediante opportuni complessi proteici che agiscono una volta entrati a contatto con materiale genetico esogeno. Quindi essa risulta essere ereditabile, quando il batterio si divide, ma anche programmabile durante la vita dell’organismo. Il CRISPR può contenere da trenta a cinquanta diversi frammenti, che implicano la resistenza nei confronti di altrettanti tipi di fago.

Ciò che lo studio della Rice University è riuscita a scoprire è come la pressione evolutiva influisce su questo meccanismo. Ritornando alla descrizione della CRISPR, era già noto che i frammenti più recenti si trovavano in posizioni anteriori, mentre i frammenti più distanti corrispondevano a frammenti di fagi incontrati molto prima. Analizzando le CRISPR di varie colture batteriche, è stata notata un’irregolarità in alcuni fattori statistici, come la probabilità abbinata ai frammenti genetici all’interno delle popolazioni.

In pratica, la probabilità di conservare evolutivamente lo stesso frammento, in batteri diversi, aumenta esponenzialmente all’allontanarsi dalla posizione 1 all’interno della sequenza CRISPR. Questo avviene perché i batteri in grado di resistere ad un ceppo virale particolarmente aggressivo hanno più chance di riprodursi e ciò si traduce in un’elevata pressione evolutiva su alcune sequenze della CRISPR.

Lo studio della Rice University è riuscito a creare una descrizione matematica che il computer può utilizzare per analizzare il fenomeno. Le equazioni sviluppate descrivono il modo in cui le popolazioni di batteri e fagi interagiscano tra loro, e come ciò si riflette nella CRISPR.

“Ogni popolazione prova ad espandersi, e la pressione selettiva agisce costantemente su entrambi i fronti, tanto sui batteri che sui loro invasori” dice Deem. Questo processo si manifesta nella regione CRISPR, che traccia un pò la storia della popolazione batterica rispetto ai fagi a cui essa è stata esposta. “All’interno di una popolazione batterica, è riscontrabile in CRISPR un ampio assortimento di geni per quanto riguarda il primo frammento, mentre per il secondo frammento si nota già minor variabilità, indice di come su quest’ultimo la pressione selettiva sia stata maggiore. Poichè i batteri che contengono nel loro CRISPR frammenti del genoma virale del ceppo dominante (quindi il più aggressivo tra la popolazione fagica) hanno maggiori probabilità di sopravvivenza, questi tenderanno a soppiantare i loro vicini che sono più vulnerabili. Ad una posizione n-esima, che sia la più lontana dalla posizione del frammento 1 (la più variabile), la selezione ha lavorato più a lungo che su tutte le altre posizioni (che sono quindi sorte successivamente), perciò i geni che qui troviamo sono anche i più comuni all’interno della popolazione, e quelli che tendono a procurare la migliore protezione generale al microrganismo.”

Tale teoria potrebbe trovare varie applicazioni in ambito biotecnologico, con la possibilità di silenziare alcuni geni mediante questo meccanismo. Le industrie farmaceutiche, inoltre, stanno studiando, su queste basi, nuovi tipi di terapie antibiotiche.

Fonte: EurekAlert!


  1. 24 ottobre 2010 a 10:10 | #1

    Wow! Dobbiamo aggiungere una nuova arma all’arsenale delle specie viventi per la lotta per la sopravvivenza! :-)

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