Chi è il microrganismo più bello del reame?

Microrganismi e arte

I microrganismi possono certamente essere nemici pericolosi capaci di provocare seri danni alla nostra salute, tuttavia, grazie al lavoro di numerosi scienziati è anche possibile pensarli in un modo diverso e innovativo.
Proprio questa idea ha spinto il biologo della New York City’s Columbia University, Tal Danino, ad utilizzare i microrganismi come fonte d’arte a scopo divulgativo: l’arte, infatti, è ciò che meglio può trascendere le barriere culturali e linguistiche.
L’obiettivo del suo lavoro come “synthetic biologist” e di questo articolo, è proprio quello di focalizzare l’attenzione su questo mondo invisibile ed affascinante che, tuttavia, ci accompagna quotidianamente in un incredibile connubio tra microrganismi e arte.

Proteus mirabilis

Ogni giorno Danino osserva le tessiture complesse che i batteri sviluppano sui terreni di coltura del suo laboratorio. Le loro cellule si accrescono, si dividono e comunicano tra di loro organizzandosi in colonie che massimizzano le loro chance di sopravvivenza: il loro aspetto finale dipenderà in parte dalla genetica e in parte dall’ambiente.
Per esempio, il microrganismo Proteus vulgaris è noto per la sua attività di sciamaggio (Fig. 1) che gli permette di sviluppare delle colonie dal caratteristico andamento concentrico.
L’obiettivo di Danino e del suo team è quello di capire cosa influenzi lo sviluppo e la forma delle colonie batteriche, per ottenere informazioni utili per lo studio della migrazione cancerosa nel nostro corpo.

P. vulgaris e il suo classico sciamaggio a cerchi concentrici
Figura 1 – P. vulgaris e il suo classico sciamaggio a cerchi concentrici. [Fonte: microbenotes.com]

L’intrigante bellezza dei batteri probiotici

Cambiando le condizioni di temperatura ed umidità, Danino è in grado di manipolare lo sviluppo delle colonie microbiche del suo laboratorio. Alcuni batteri, infatti, i più pericolosi per l’uomo, si sviluppano bene a 37°C mentre rallentano molto la loro divisione a temperature leggermente superiori od inferiori.
Quando il clima si fa secco, i batteri si “stringono” tra di loro per conservare l’umidità.
Inoltre, diminuendo la percentuale di agar presente nel terreno di coltura si favorisce un più rapido movimento dei microrganismi che formeranno delle colonie più ampie (Fig.2).

Colonia microbica (batteri probiotici) in grande espansione sul terreno di coltura
Figura 2 – Colonia microbica (batteri probiotici) in grande espansione sul terreno di coltura. [Fonte: ideas.ted.com – Soonhee Moon]

Aspetta e osserva

Ricordando il connubio tra microbiologia e arte (Fig.3), poste le condizioni di crescita iniziali, Danino decise di lasciar sviluppare autonomamente venti diverse tipologie di microrganismi in un periodo di tempo compreso tra i due e i venti giorni. Il risultato ottenuto mostrò che ogni microrganismo, indipendentemente dalle condizioni in cui si era sviluppato, mostrava un pattern caratteristico, una sorta di “microuniverso“.


<<E’ come se ogni tipologia di batterio mostrasse una sua spiccata personalità>>

Connubio tra microbiologia e arte rappresentato da una colonia variopinta di batteri del suolo
Figura 3 – Connubio tra microbiologia e arte rappresentato da una colonia variopinta di batteri del suolo. [Fonte: ideas.ted.com – Soonhee Moon]

Colonie di colore

E’ un must del microbiologo quello di sfruttare delle specifiche colorazioni per differenziare i microrganismi e per ottenere informazioni a loro riguardo.
Se si vuole distinguere uno Streptococcus pyogenes da un Escherichia coli su un determinato terreno di coltura è possibile, per esempio, osservarne la morfologia e la colorazione.
Gli scienziati spesso, secondo Danino, sono molto attenti e attratti dalla colorazione specifica di alcune colonie.
Tuttavia, utilizzando coloranti alimentari sul terreno di coltura e sui batteri, è possibile ottenere un effetto sfumato (Fig.4) che unisce diverse gradazioni di colore!

Coloranti alimentari che colorano terreno e colonie di E. coli ricreando un bellissimo effetto arcobaleno
Figura 4 – Coloranti alimentari che colorano terreno e colonie di E. coli ricreando un bellissimo effetto arcobaleno. [Fonte: ideas.ted.com – Soonhee Moon]

Un universo sconosciuto

Per Danino, ogni frammento di piastra Petri è un piccolo mondo a sé stante.
La morfologia di una colonia può ricordare un fiocco di neve appena caduto dal cielo (Fig.5), o un animale delle profondità marine.
Queste colonie e questi terreni di coltura sono spesso così belli e singolari da sembrare facenti parte di un universo ancora inesplorato; da qui il termine “microuniverso“.

Colonia di batteri del suolo, la cui forma ricorda molto quella di un fiocco di neve
Figura 5 – Colonia di batteri del suolo, la cui forma ricorda molto quella di un fiocco di neve. [Fonte: ideas.ted.com – Soonhee Moon]

Qualcosa di più impegnativo

Il progetto di Tal Danino, volto a far incontrare microbiologia e arte, è un qualcosa a cui lo scienziato si dedica nel tempo libero. Durante il giorno di synthetic biology, un campo relativamente nuovo, in cui si ingegnerizzano i microrganismi per sfruttarli per ragioni scientifiche.
Nel suo laboratorio, Danino riprogramma i batteri usando un processo noto come “clonaggio molecolare“.
E’ necessario sviluppare la sequenza di interesse (quella che corrisponde ad una specifica funzione), amplificarla e inserirla nel genoma del microrganismo che esibirà la funzione attesa.
Ai giorni d’oggi è sufficiente ricercare la sequenza online, mandarla ad aziende che le producono artificialmente per riceverla a casa in un tubo da laboratorio.

Potenzialità anti-tumorale

Recentemente, Danino e il suo team si stanno occupando di ingegnerizzare alcuni ceppi di E. coli e di Salmonella per scopi terapeutici e anti-tumorali.
I batteri possono infatti dividersi a stretto contatto con le cellule tumorali (più di quanto non possano fare le cellule del sistema immunitario, e possono produrre tossine capaci di determinare la morte delle cellule tumorali.
Si tratta di un concetto in stile “cavallo di troia“: i batteri possono avvicinarsi molto alle cellule tumorali per poi, a tradimento, liberare tossine contro di loro.

Non solo batteri

Il connubio tra microbiologia e arte non può di certo non comprendere altre forme di microrganismi che non siano strettamente batteri.
Anche i funghi e i virus, infatti, possono avere una morfologia estremamente variopinta e interessante da studiare.

Muffe rosa

Pur essendo molto bella artisticamente parlando, la muffa rosa (Fig.6) nella propria abitazione non è mai un buon segno. In questi casi è necessario eliminarla quanto prima possibile, pur sapendo che acqua e sapone non basteranno!

In realtà sono tanti i microrganismi che possono essere classificati sotto al termine generico di “muffa rosa”, tra questi vi è addirittura Serratia marcescens che di fatto somiglia ad un fungo ma è un batterio a tutti gli effetti.
Al contrario, Aureobasidium pullulans è un fungo rosa a tutti gli effetti.
Il suo aspetto può andare al rosa pallido, dal bianco al giallo e, con il passare del tempo, sviluppare bordi dal marrone al grigio.
Altro fungo che può rendere rosa i nostri muri è certamente Fusarium che può manifestarsi dapprima sulle piante di casa e poi su tappeti e tappezzerie.

Muffa rosa su un tronco d'albero
Figura 6 – Muffa rosa su un tronco d’albero. [Fonte: cleanwaterpartners.org]

Funghi micorrizici arbuscolari

Le micorrize arbuscolari costituiscono un’importante e antica forma di simbiosi tra piante e funghi Glomeromycota. Si tratta di una tipologia particolare di endomicorriza in cui il fungo cresce nel terreno per poi penetrare le cellule radicali (senza oltrepassare il plasmalemma) sviluppando strutture ramificate e non.
Le strutture ramificate sono note come “arbuscoli“, poichè ricordano dei veri propri alberelli, e sono le strutture adibite agli scambi nutrizionali reciproci tra pianta e fungo.
Il fungo può sviluppare anche delle strutture ovoidali, note come “vescicole” (Fig.7), in cui immagazzina le sostanze nutrizionali di riserva.
E’ inoltre possibile isolare le spore (Fig.8), strutture sferiche e piuttosto simili alle vescicole, il cui scopo riguarda la sopravvivenza del fungo in condizioni estreme e di particolare stress.

Vescicole del fungo Glomus mosseae in radice di Artemisia annua - Colorazione: blu lattico.
Figura 7 – Vescicole del fungo Glomus mosseae in radice di Artemisia annua – Colorazione: blu lattico. [Fonte: Giulia Baldi – Università del Piemonte Orientale]
Spora di G. mosseae con ife colorate in blu lattico. La radice sottostante è di A. annua
Figura 8 – Spora di G. mosseae con ife colorate in blu lattico. La radice sottostante è di A. annua. [Fonte: Giulia Baldi – Università del Piemonte Orientale].

Coronavirus

Purtroppo noto per la recente pandemia che ha causato milioni di morti in tutti il mondo, il SARS-CoV-2 resta morfologicamente uno dei virus più interessanti.
Si tratta di un virus ad RNA a singolo filamento positivo, dotato di pericapside (Fig.9).
Il suo genoma contiene istruzioni per proteine strutturali come la nota spike (S), quelle del pericapside (E), di membrana (M) e del nucleocapside (N).
Sono proprio queste proteine, montate in superficie, a conferirgli in classico aspetto “coronato“.


SARS-CoV-2
Figura 9 – SARS-CoV-2. [Fonte: NPR]

Galleria

Il connubio tra microrganismi e arte non ha eguali: basti osservare questi E. coli e Acinetobacter baylyi che si sviluppano formando un “fiore” (Vid.1):

Video 1 – E. coli e A. baylyi che ricreano un “fiore”. [Fonte: UC San Diego Research Affairs]

Altro straordinario evento è dato dalla nucleazione del ghiaccio mediata da Pseudomonas syringae (Vid.2):

Video 2 – P. syringae fa ghiacciare l’acqua a temperatura superiore rispetto allo 0 C°. [Fonte: Ice Nucleation Protein]

Fonti:

Crediti immagini
Crediti video


Foto dell'autore

Giulia Baldi

Biologa A iscritta all'albo professionale. Laureata in Scienze Biologiche e in Biologia Agro-Ambientale con tirocini in ambito clinico (laboratorio di microbiologia e virologia) e ambientale (laboratorio di ricerca in interazioni pianti-ambiente). Master di II livello in Sicurezza Alimentare e Sistemi di Gestione.

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