Una scoperta importante: prioni individuati per la prima volta all’interno di batteri, il cui ruolo principale sembra essere legato alle capacità di adattamento ai cambiamenti ambientali. Lo studio, recentemente pubblicato su Science, suggerisce inoltre che l’origine di queste proteine sia avvenuta prima della separazione tra batteri ed eucarioti.
Cosa sono i prioni?
I prioni sono isoforme patologiche di proteine normali che si originano in seguito a mutazioni nel gene codificatore e si accumulano nelle cellule (in particolare, neuronali) danneggiandole irreversibilmente. Il termine “prione” deriva dall’inglese prion (acronimo di “PRoteinaceus Infective ONly particle” = particella infettiva solamente proteica), nome attribuito dal biochimico statunitense Stanley B. Prusiner ad un ipotetico “agente infettivo non convenzionale” di natura proteica. A tal proposito lo scienziato statunitense dimostrò che questi “agenti patogeni” erano assolutamente resistenti a qualsiasi trattamento in grado di inattivare gli acidi nucleici (calore, radiazioni ionizzanti, aldeidi, ecc.), ma non a quelli di proteolisi. Proprio per la scoperta dei prioni, Prusiner nel 1997 fu insignito del premio Nobel per la medicina. I prioni sono conosciuti soprattutto perché alcuni di essi sono all’origine di diverse encefalopatie spongiformi umane o animali, caratterizzate dalla presenza di lesioni “degenerative” in alcuni distretti encefalici e dalla formazione di microvacuolazioni del tessuto cerebrale che assume una struttura di tipo spugnoso. Dal punto di vista clinico, i sintomi rilevabili sono prevalentemente di tipo neurologico, tra cui prevalgono modificazioni del comportamento, della sensibilità, del movimento, fino alla morte. Tra le più note encefalopatie spongiformi ricordiamo l’encefalopatia spongiforme bovina (Bovine Spongiform Encephalopathy, BSE), chiamata universalmente “morbo della mucca pazza”, che colpisce prevalentemente i bovini, e la malattia di Creutzfeld-Jacob o CJ-nv nell’uomo. L’aspetto davvero peculiare dei prioni è la loro “infettività“: le proteine prioniche patologiche sono dotate della capacità, se introdotte in un organismo sano (non solo per inoculazione, ma anche attraverso l’ingestione di tessuti infetti), di moltiplicarvisi e di indurvi la comparsa della patologia a prescindere dalla presenza di mutazioni nel gene codificatore.
Non tutti i prioni sono agenti patogeni, e proteine prioniche sono state scoperte sia in specie eucariote evolutivamente distanti sia nei funghi, nei quali permettono la trasmissione ereditaria di alcuni caratteri. Fino adesso però non erano mai stati individuati nei batteri.
Grazie ad un particolare software, i ricercatori Andy H. Yuan e Ann Hochschild della Harvard Medical School hanno analizzato circa 60.000 genomi batterici per la ricerca di proteine contenenti candidate prion-forming domains (cPrDs). Tra le proteine identificate, un frammento di una proteina che mostrava caratteristiche strutturali simili a quelle di prioni già noti è stato individuato in Clostridium botulinum (ceppo Alaska E43/ Tipo E3). Il frammento prionico scoperto dai ricercatori fa parte di una proteina – chiamata fattore di terminazione della trascrizione batterica Rho – coinvolta nella terminazione della trascrizione. Per verificare la natura prionica di questa proteina, in particolare la capacità di assemblarsi in aggregati amiloidi, i ricercatori hanno testato l’amiloidogenità della proteina Rho in un ceppo di lievito e in Escherichia coli, all’interno delle cui cellule ha indotto la formazione di placche proteiche. La presenza della porzione prionica nel frammento proteico è in grado di influenzare anche l’espressione genica batterica, infatti la maggior parte dei geni è attiva quando la proteica è nella forma prionica. Grazie alla presenza della proteina prionica Rho, Escherichia coli è in grado inoltre di adattarsi con maggiore successo a cambiamenti ambientali improvvisi. Il prossimo step per i ricercatori statunitensi sarà di confermare la natura prionica della proteina Rho in Clostridium botulinum, sebbene questo microrganismo sia meno adatto agli esperimenti genetici di laboratorio rispetto ad Escherichia coli.
Lo studio delle proteine prioniche nei batteri potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio il comportamento dei prioni umani, che sono stati ipotizzati all’origine di Alzheimer, Parkinson, sclerosi laterale amiotrofica e di altre malattie degenerative del sistema nervoso.
Maria Laura Luprano
Fonti:
- Andy H. Yuan, Ann Hochschild (2017). A bacterial global regulator forms a prion. 2017 Science 355, pp. 198-201
- Michele La Placa. Principi di microbiologia medica. Edises edizioni
- http://www.lescienze.it/
