Manuale di sopravvivenza per giovani batteri patogeni

Ehi tu! Sì, proprio tu amico batterio. Ti sei sempre chiesto come infettare un umano e sopravvivere alle sue difese immunitarie, eh? Ebbene, abbiamo ciò che fa per te: un pratico manuale per massimizzare le tue possibilità di sopravvivenza…e quindi di virulenza!

Decidi il tuo obiettivo

Ok, sei in missione. La prima scelta importante è decidere se rimanere e crescere all’esterno delle cellule o essere un patogeno invasivo, con uno stile di vita intracellulare. Nel primo caso armati di buoni fattori di adesione e preparati a lottare contro il sistema immunitario e il microbiota umano; nel secondo caso munisciti di enzimi degradativi contro la matrice extracellulare e di fattori di internalizzazione, oltre che di adesione.

Qualche esempio? Puoi aderire all’ospite tramite pili o adesine. La differenza? Per i pili devi possedere queste strutture polimeriche con le cui estremità riuscirai a legare zuccheri esposti. Con le adesine invece avrai delle proteine non polimeriche che ti permetteranno un legame più forte, ma dovrai attaccarti alla matrice o a proteine solubili (es. del complemento), per poter collegarti alle cellule eucariotiche.

Ottieni il nutrimento necessario alla tua sopravvivenza

I meccanismi di difesa dell’ospite faranno di tutto per impedirti di avere nutrienti essenziali quali ferro e magnesio: considera di dotarti di siderofori in grado di chelare il ferro o altri meccanismi per approvvigionarti di questi ioni così importanti.

Moltiplicati ed evadi dal sistema immunitario

Per persistere e non soccombere al tuo ospite devi moltiplicarti ed eludere il suo sistema immunitario. Stai in guardia dalle sue difese innate come i fagociti o il complemento, evita le cellule dendritiche, potenti attivatrici del sistema adattativo e neutralizza qualsiasi anticorpo ti passi vicino.

Prendi esempio dai grandi:

EPEC – EHEC

Se hai deciso di rimanere un patogeno extracellulare, non puoi non conoscere le gesta di alcuni sierotipi di E. coli, quali EHEC e EPEC. Questi batteri sono in grado di modificare i microvilli intestinali, generando una sorta di piedistallo a cui aderire. Così facendo interferiscono con la funzionalità intestinale stessa e sono causa di diarrea e altri problemi. Cosa hanno escogitato per far ciò? Tramite la “siringa molecolare” T3SS, iniettano una proteina esogena chiamata Tir, la quale andrà ad inserirsi nella membrana della cellula intestinale e farà da recettore per la proteina batterica intimina. Formato il complesso Tir-Intimina, il dominio citoplasmatico di Tir viene fosforilato e recluta così altre proteine in grado di rimodellare il citoscheletro di actina e generare quindi la sorta di piedistallo come dicevamo prima (figura 1).

Figura 1 – E. coli sierotipo EPEC. Tramite la proteina Tir (in rosso) attiva WASP e ARP2/3, rimodellatori dell’actina. Attraverso l’Intimina aderisce a Tir e si stabilisce in questa sorta di piedistallo neo-formato, privo di villi intestinali.

Zipper o Trigger?

Se invece preferisci addentrarti in qualche cellula per evitare di essere esposto al sistema immunitario e avere un accesso privilegiato ai nutrienti; devi tenere presente che alcune cellule dell’ospite possono inglobarti per mestiere (fagociti), altre invece devi obbligarle a fagocitarti. Un possibile punto di attacco sono le molecole di adesione come le integrine che stabilizzano le cellule del tuo ospite alla matrice e le caderine che in genere mediano i contatti cellula-cellula.

In questo caso prendi esempio da Yersinia pestis o Listeria monocytogenes. La prima produce una proteina chiamata invasina, molto simile alla fibronectina umana. Pertanto, riesce a confondere le integrine e stabilire multipli legami con esse. La seconda invece produce internalina e prende contatti con le caderine. In ogni caso, entrambe stimolano le giunzioni cellulari a rimodellare il citoscheletro via Rho GTPasi e Arp2/3 e a farsi inglobare, in un meccanismo chiamato zipper proprio perché rassomigliante una cerniera.

Troppo faticoso? Segui i consigli di Salmonella e Shigella allora le quali, attraverso il solito T3SS iniettano delle molecole che agiscono direttamente su Arp2/3 e altri rimodellatori dell’actina… e poi semplicemente aspettano di essere inglobate. Questo loro meccanismo viene chiamato trigger, dall’inglese scatenare, innescare (figura 2).

Figura 2 – Rappresentazione con dettagli molecolari dei meccanismi zipper (in alto) e trigger (in basso).

Attento a non rilassarti!!

Ora che sei stato fagocitato, attento a non rilassarti: la cellula tenderà ad acidificare il pH e a fondere il tuo fagosoma con altre vescicole contenenti enzimi degradativi e a indirizzarti verso i lisosomi per la degradazione. A questo punto hai tre possibilità:

1) Scappa prima possibile, come fa Lysteria. Essa infatti, produce una una tossina in grado di formare un poro per scappare dal fagosoma quando viene internalizzata.
2) Impedisci al fagosoma di fondersi con altre vescicole, come fa ad esempio M. tuberculosis, impedendo la rimozione del rivestimento vescicolare e quindi la sua capacità di fondersi con altre membrane.
3) Se non ami le cose semplici o non hai alternative, armati in modo tale da non soccombere alle difese dell’ospite. Come ad esempio alcuni batteri di Salmonella spp. che, tramite un sistema a due componenti PhoP-PhoQ, sono in grado di modificare il lipopolisaccaride (LPS) e diventare così più resistenti quando si trovano all’interno delle cellule infettate.

Caro aspirante patogeno, questo breve manuale di sopravvivenza per il momento si conclude qua. Speriamo che ti sia utile nelle tue future missioni, ma mi raccomando, guardati bene dal microbiota umano: i batteri buoni sono molti di più di noi patogeni!

Roberto Amadio

Bibliografia e approfondimenti:

Bacterial pathogenesis, a molecular approach. III edition, 2011 (ASM press)