L’architetto dei biofilm

I biofilm sono agglomerati di batteri in strutture polisaccaridiche (matrici) contenenti oltre a polisaccaridi anche lipidi, proteine e acidi nucleici. La formazione di biofilm da parte di un batterio lo rende di gran lunga più resistente agli antibiotici, ne aumenta la sopravvivenza nell’ambiente e la virulenza nell’organismo infettato. Vibrio cholerae, l’agente causativo del Colera, è uno di quei patogeni in grado di vivere sia isolato, sia in comunità di biofilm e la formazione di biofilm risulta essere un importante fattore per il ciclo infettivo di questo patogeno. Recentemente è stato messo in luce un meccanismo essenziale per la corretta formazione e per l’architettura dei biofilm di questo microrganismo.

La proteina maggiormente indagata nello studio si chiama RbmA ed è stata messa sotto la lente d’ingrandimento della spettroscopia NMR (Spettroscopia a Risonanza Magnetica Nucleare). Quello che i ricercatori hanno osservato è che questa proteina interagisce con se stessa formando dei dimeri, i quali si possono trovare in due conformazioni distinte: disordinata (D) oppure ordinata (O). L’interazione con diversi componenti tra cui l’esopolisaccaride VPS sono risultati essenziali per stabilizzare i vari dimeri nella forma O, ma ancora più importante per una corretta architettura del biofilm si è vista essere la capacità di alternare le due conformazioni durante le varie fasi della crescita.

Mutando e bloccando la conformazione nello stato D oppure O è stato possibile osservare come nella conformazione O la produzione di biofilm sia inferiore, mentre nella conformazione D l’integrità del biofilm originaria si recuperi quasi del tutto. Questo ha spinto i ricercatori ad ipotizzare che l’interazione tra VPS e RbmA abbia una attività pro-architetturale nello sviluppo del biofilm: il dominio responsabile del legame al VPS e dell’oligomerizzazione necessaria a stabilizzare la proteina nella conformazione O è stato identificato in FnIII-2.

 

Osservando i mutanti in conformazione O (video, secondo e quinto da sinistra) è possibile notare una formazione iniziale molto simile al ceppo originale (wt = wild type. Primo da sinistra nel video), ma una successiva crescita più ordinata e liscia del biofilm, unita anche ad una minor quantità di VPS secreta (figura 1, in basso). Nei mutanti D (video, terzo e quarto da sinistra) che mantengono invece la struttura rugosa, è stato osservato che i batteri si dispongono più ravvicinati e orizzontali, l’architettura del biofilm è meno ordinata, ma la sua produzione è maggiore (figura 1, in alto).

Presi insieme questi risultati sembrano dimostrare come la conformazione O sia importante nelle prime fasi di contatto alla matrice e formazione iniziale dell’architettura del biofilm, in quanto la concentrazione ancora bassa di VPS favorisce il legame alla sola forma O stabile. Con la progressione della crescita poi, vengono secrete delle proteasi che riportano RbmA in conformazione D. Il legame con il VPS alla conformazione D viene comunque mantenuto grazie ad una maggior presenza di VPS stesso nelle fasi successive della crescita della matrice; la conformazione D permette poi anche una maggior crescita della struttura, in particolare consentendo un maggior spazio di deposizione di matrice ed è quindi critica per la progressione del biofilm.

Ulteriori studi saranno necessari per sviscerare i meccanismi precisi e quali componenti del VPS sono essenziali per il legame a RbmA, ma quello che si sa fino ad ora già ci mostra come V. cholerae sia un ottimo progettista di biofilm e RbmA un’eccellente molecola architetto!

Figura 1 – Schematizzazione della crescita del biofilm nei mutanti D (in alto) oppure O (in basso).

Roberto Amadio

 

Bibliografia ed approfondimenti

  • Fong, JC. et al, 2017. “Structural dynamics of RbmA governs plasticity of Vibrio choleraebiofilms”.  eLife; 6: e26163 DOI: 10.7554/eLife.26163
  • Ashley York, 2017. “The architect of the biofilm”. Nature Reviews Microbiology doi:10.1038/nrmicro.2017.127

Credits foto e video

  • Fong, J. C. Et al, 2017. “Structural dynamics of RbmA governs plasticity of Vibrio choleraebiofilms”.  eLife; 6: e26163 DOI: 10.7554/eLife.26163
  • Disegno riadattato dall’immagine nell’articolo di Ashley York, 2017.

 

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Francesco Centorrino

Sono Francesco Centorrino, creatore ed amministratore di Microbiologia Italia, primo sito di divulgazione microbiologica in Italia. Sono laureato in biologia e molto appassionato di tecnologia, cinema, scienza e fantascienza. Sono Siciliano ma vivo e lavoro in Basilicata come analista di laboratorio microbiologico presso una nota azienda farmaceutica. Ho creato il portale di Microbiologia Italia per condividere conoscenza ed informazioni a chiunque fosse interessato a questa bellissima scienza. Potete trovare tutti i miei contatti al seguente link: https://linktr.ee/fcentorrino.

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