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La replicazione dei batteri magnetotattici: dividere le bussole

21 dicembre 2011 Nessun commento  

I batteri magnetotattici sono una particolare classe di microrganismi descritti per la prima volta da Richard Blakemore negli anni 70, dotati della particolare caratteristica di orientarsi lungo le linee del campo magnetico terrestre.

Tali proprietà di risposta al magnetismo probabilmente aiutano i batteri marini che vivono in condizioni di scarsità di ossigeno a navigare nell’acqua e nei sedimenti e ad “orientarsi” in un ambiente in cui i livelli di nutrienti essenziali come ossideno e solfuri cambiano drasticamente con la profondità, come afferma Dirk Schüler, microbiologo alla Ludwig–Maximilians University di Monaco.

Le bussole di tali batteri sono costituite da piccoli organelli chiamati magnetosomi, che contengono cristalli di magnetite (Fe3O4), greigite (Fe3S4) ed altri minerali magnetici: il campo magnetico prodotto da un singolo magnetosoma non è però sufficientemente forte ad orientare il microbo al campo terrestre, perciò tali organelli si uniscono assieme in una catena per poter costituire un magnete più forte.

Il problema subentra nel momento in cui le cellule si replicano: normalmente i batteri si dividono tramite un iniziale accrescimento longitudinale, e sintetizzano quindi nuova parete cellulare nel versante interno della zona centrale, il cosiddetto solco di divisione, che accrescendosi si inabissa sempre più nel citoplasma, chiudendosi come un cappio, sino a quando i lembi della parete neosintetizzata non si congiungono e i due nuovi batteri si staccano. La forza generata dal solco di divisione non è però da sola sufficiente, dice Schüler, a “staccare” le catene di magnetosomi che si attraggono come calamite.

Dunque i batteri magnetotattici presentano un duplice problema in fase di replicazione: riuscire a vincere le forze magnetiche interne che tendono a non far separare le due future cellule figlie, e al tempo stesso riuscire a ripartire equamente gli organelli magnetici per trasferire il vantaggio selettivo della sensibilità magnetica ad entrambe le nuove cellule.

L'angolazione assunta dalle due future cellule figlie indebolisce le resistenze magnetiche interne. In rosso sono riportate le catene di magnetosomi.

Usando tecniche di microscopia ottica ed elettronica, il team di Schüler ha seguito in tempo reale la divisione in due cellule figlie del batterio  Magnetospirillum gryphiswaldense, paradigma della classe dei batteri magnetotattici. Inizialmente il processo di divisione ha seguito la classica scaletta della scissione batterica: dopo la replicazione del genoma, la cellula ha iniziato ad allungarsi e quindi ad assottigliarsi progressivamente nella zona centrale.

A questo punto inizia la novità: infatti i magnetosomi iniziano a migrare verso il centro e si accumulano a livello del solco di scissione tramite l’interazione con proteine citoscheletriche actin-like; quindi le due future cellule figlie assumono un’angolazione l’una rispetto all’altra di circa 50 gradi, e infine si separano rapidamente. L’evidente “piega” che la cellula in divisione assume sembra dovuta al fatto che il solco di divisione si accresce (verso l’interno della cellula) in maniera asimmetrica, che ha come risultato uno sbilanciamento di forze su uno dei due versanti, portando i due “semicilindri” che costituiscono le cellule figlie ad inclinarsi tra loro.

Perchè fare tutta questa fatica per separare le due cellule figlie? Semplicemente perchè imprimendo una deviazione di questo tipo è possibile indebolire le forze magnetiche tra i magnetosomi accumulati sotto il solco di scissione, e quindi ripartire equamente tra le due nuove cellule i preziosi organelli.

L’energia necessaria per staccare le catene di magnetosomi, imprimendo una piegatura di questo tipo, è dell’ordine dei 10 piconewtons, ovvero equivalente alla forza normalmente generata durante la scissione binaria batterica

dice Schüler. Dunque  M. gryphiswaldense non fa altro che utilizzare la normale energia richiesta per la scissione, semplicemente ottimizzando la “geometria” della divisione per riuscire a battere le sue resistenze magnetiche interne.

Fonte: Molecular Microbiology

Categorie:Biologia

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