I batteri ed i loro ospiti sono in grado di riconoscersi vicendevolmente e questo non è sorprendente dato che un batterio deve poter riconoscere gli organismi da infettare, mentre ogni vivente deve poter distinguere il self dal non self ed attuare le più opportune strategie difensive. 

Come ben ricordato dall’articolo “Tinker, bacteria, eukaryote, spy” di Asher Mullard sull’ultimo fascicolo della rivista Nature, per molto tempo vi è stato grande scetticismo sul fatto che batteri ed eucarioti potessero vicendevolmente intercettare le comunicazioni intercellulari e per molto tempo si è persino dubitato che potesse esistere una forma di comunicazione tra batteri.

Oggi, in realtà, sappiamo che i batteri possono comunicare tra di loro ed intercettare le comunicazioni chimiche dell’ospite  per cercare di spegnerne il sistema immunitario. Vi sono però evidenze sperimentali che indicano che anche gli ospiti infettati possono intercettare le comunicazioni tra batteri cercando di interferire con tali messaggi. Questo aspetto è molto affascinante da un punto di vista evolutivo poiché sarebbe molto interessante capire come eucarioti e procarioti abbiano iniziato a “comprendere” il codice di comunicazione altrui, ma è un elemento di interesse anche da un punto di vista pratico perché, come sottolineato da Helen Blackwell, “quando riusciremo ad identificare i segnali usati, noi potremo combattere meglio o batteri e cercare di confonderli”.

Gli esempi che attestano le strategie usate dai batteri e le contromosse usate dagli ospiti sono tanti e tra questi uno è indubbiamente il recettore OseC che i batteri usano per riconoscere le quorum sensing molecule* (ovvero molecole che i batteri usano per capire quanto è elevato il numero di batteri presenti). Un aspetto interessante è che in alcuni ceppi di Escherichia coli questo recettore è in grado di riconoscere e legare l’adrenalina e la noradrenalina prodotta dall’ospite ed utilizzarla per attivare i geni per la virulenza, con lo stesso meccanismo che utilizzerebbero le quorum sensing molecule batteriche. Un secondo esempio è dato dalla proteina C12 di Pseudomonas aeruginosa che viene utilizzata dal batterio come quorum sensing molecule per coordinare l’espressione dei geni per la virulenza e  per interferire con il sistema NF-kB che è fondamentale nella risposta immunitaria dell’ospite.

Se i batteri possono compromettere alcune vie di segnalazione dell’ospite, esistono però anche contromosse. L’alga Delisea pulchra produce, ad esempio, alcune molecole in grado di essere confuse come quorum sensing molecule, ma che, a differenza di queste molecole, non attivano i geni per la virulenza, ma vanno a bloccare il recettore impedendo ai batteri di comunicare tra di loro e sapere quando sono presenti in un numero utile per iniziare in modo efficace l’infezione. In modo analogo è stato dimostrato che il nostro genoma codifica per una apolipoproteina nota da tempo per favorire il trasporto del colesterolo nel sangue, ma che simultaneamente è in grado di bloccare una quorum sensing molecule di Staphylococcus aureus intralciando le comunicazioni tra batteri. 

Se da un lato quindi il confronto tra batteri ed ospiti si basa su una corsa agli armamenti basata da un lato su tossine ed altre molecole e dall’altro su peptidi antibatterici e diversi tipi di immunità, non va trascurata l’importanza dello “spionaggio” e del “controspionaggio” di cui tanto i procarioti quanto gli eucarioti fanno ampiamente uso.

Sinora le quorum sensing molecule sono state studiate principalmente nel contesto di patologie batteriche, ma questo non significa che la capacità di intercettare messaggi tra batteri o tra cellule dell’ospite non possa essersi evoluta nell’ambito di interazioni di tipo simbiotico, dato questi meccanismi potrebbe essere implicati anche nel mantenere interazioni simbiotiche evitando che i batteri vengano uccisi e che gli ospiti eucariotici subiscano danni dovuti alle infezione batteriche.

Mauro Mandrioli

* La comunicazione batterica si basa un meccanismo definito quorum sensing, in cui i batteri, possono comunicare tra di loro, avvalendosi di molecole secrete (definite autoinduttori). Grazie al quorum sensing i batteri sono in grado di stimare le dimensioni della popolazione attraverso una valutazione della densità dell’autoinduttore e di regolare in modo coordinata l’espressione di alcuni geni e quindi il “comportamento” dei batteri. Questa sorta di censimento avviene sia nei batteri Gram negativi che positivi e serve per coordinare quei processi che se non attuati simultaneamente da più batteri non sarebbero efficaci. Ad esempio, sono controllati dal quorum sensing la secrezione di fattori di virulenza, la sporulazione e la coniugazione. Grazie a questo meccanismo I batteri possono quindi agire come comunità e non più come singole entità, portando quindi a definire quella che alcuni hanno definito la sociomicrobiologia.

Per chi volesse approfondire il ruolo della comunicazione tra batteri, ecco un interessante video (in inglese):