Pseudomonas aeruginosa: un nuovo studio sui biofilm

Schema dell'adesione ad una superficie di P. aeruginosa. Crediti: M. Schniederberend & al. (PLOS - Public Library of Science)

Introduzione

L’adesione alle superfici è un processo indispensabile per molti batteri, associato alla loro capacità di colonizzazione, formazione di biofilm e induzione di virulenza. Questo è anche il caso del patogeno opportunista Gram-negativo Pseudomonas aeruginosa che, utilizzando il suo singolo flagello polare, è in grado di aderire alle superfici colonizzandole.

L’iniziale adesione ad una superficie non è un processo necessariamente irreversibile ma, sebbene molti batteri se ne stacchino rapidamente, altri ne restano attaccati per un tempo indefinito. A ciò segue generalmente l’espressione di geni per la sintesi di strutture come i pili di tipo IV e i biofilm e per l’induzione di comportamenti specifici come la motilità per contrazione.

Formazione del biofilm in Pseudomonas aeruginosa: breve sintesi

I segnali che avviano la formazione del biofilm in P. aeruginosa sono di vario tipo e tra questi rientrano anche quelli di tipo cellula-cellula. Attraverso il quorum sensing viene infatti attivato un set di geni che da via al processo. In questo microrganismo esistono due diversi sistemi di q. sensing implicati in questa funzione e sono il sistema Las e il sistema Rhl che, rispondendo a specifiche AHL (acil-omoserina lattone), attivano la trascrizione di geni per la sintesi di esopolisaccaridi. Un importante ruolo viene svolto, tuttavia, anche da  segnali intracellulari che attivano specifici nucleotidi regolatori: la sintesi di questi ultimi, in realtà, dipende sia da stimoli ambientali che cellulari. Il risultato è il loro accumulo all’interno della cellula, il legame con specifiche proteine effettrici o molecole di RNA regolatorie (riboswitch) e l’inizio di una serie di cambiamenti fisiologici.

La modulazione della rotazione flagellare nella sintesi del biofilm: un nuovo studio

Da un nuovo studio, pubblicato pochi giorni fa da M. Schniederberend et al. su PLOS (Public Library of Science), è stato osservato che in mutanti (di P. aeruginosa) mancanti della GTPasi FlhF, i flagelli vengono assemblati casualmente sulla superficie cellulare e, pur essendo attivi e funzionali durante la crescita planctonica, provocano difetti di formazione del biofilm durante l’adesione alle superfici. Queste ultime vengono rilevate mediante il flagello polare e c’è attualmente molto interesse sui possibili meccanismi molecolari associati a tale capacità.

Ciò che i ricercatori hanno scoperto è che la proteina FlhF interagisce con un componente del rotore flagellare, FliG, e con una proteina polare (FimV) che ha un’azione regolatrice positiva sulla produzione di cAMP, un nucleotide regolatorio. Tutto ciò provocherebbe il blocco della rotazione flagellare e la persistenza dell’adesione su una superficie. Lo studio dimostra, più nello specifico, non solo che la mancanza di FlhF è responsabile dell’altearata capacità di formazione del biofilm, ma anche che, in ultimo, è sufficiente controllare cAMP per alterare il comportamento del motore flagellare e quindi anche della formazione del biofilm.

Sintesi schematica del ruolo di FlhF, FimV e cAMP nella regolazione della motilità flagellare e della formazione del biofilm

Figura 1 – Sintesi schematica del ruolo di FlhF, FimV e cAMP nella regolazione della motilità flagellare. Crediti: M. Schniederberend & al. (PLOS – Public Library of Science)

Conclusioni

Da quanto detto risulta evidente come molto spesso, agendo su un singolo fattore nella “catena” di un processo, è possibile alterare il processo stesso. Indubbiamente ciò ha grande importanza nella progettazione di nuovi farmaci. Si pensi che P. aeruginosa è un importante patogeno opportunista delle vie respiratorie, soprattutto per chi è affetto da fibrosi cistica: la possibilità di inibire farmacologicamente la formazione di biofilm (attraverso cui il batterio esercita la sua virulenza) è, ad oggi, una delle aree di ricerca più attive in campo bio-medico.

Angelo Schirinzi

Fonti:

  • Schniederberend, M., Williams, J. F., Shine, E., Shen, C., Jain, R., Emonet, T., & Kazmierczak, B. I. (2019). Modulation of flagellar rotation in surface-attached bacteria: A pathway for rapid surface-sensing after flagellar attachment. PLoS pathogens15(11), e1008149-e1008149.
  • Schniederberend M., Williams J. F., Shine E., Shen C., Jain R., Emonet T., Kazmierczak B. I. (4 Novembre 2019). Modulation of flagellar rotation in surface-attached bacteria: A pathway for rapid surface-sensing after flagellar attachment. Estrapolato da PubMed.gov.
  • Michael T. Madigan, John M. Martinko, David A. Stahl, Kelly S. Bender, Daniel H. Buckley. Brock Biologia dei microrganismi. Pearson Italia, 2016, quattordicesima edizione.

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