Straordinarie simbiosi mutualistiche fra insetti e batteri

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Insetti e batteri

Il mondo degli insetti è da sempre affascinante per i ricercatori di tutto il mondo. Questi animali si stima rappresentino il 90% di tutta la fauna sulla Terra. Da milioni di anni gli insetti interagiscono con batteri stringendo molteplici e complicate simbiosi. Troviamo insetti vettori di malattie mortali, interazioni bizzarre in cui il batterio manipola la biologia dell’ospite e associazioni mutualistiche da cui sia insetto che batterio ne trae un beneficio.           
In questo articolo, vi parleremo di alcune sorprendenti simbiosi mutualistiche che si sono evolute fra insetti e batteri. Infine, vi lasceremo qualche spunto su come studiare gli attori di queste simbiosi possa rivelarsi vantaggioso anche per la nostra salute.

Il ruolo determinate (per gli insetti) e promettente (per l’uomo) degli attinobatteri

Negli ultimi anni, si è scoperto il loro ruolo centrale giocato dai batteri simbionti nella protezione dell’ospite e delle sue risorse nutritive. In particolare, gli attinobatteri sono in grado di produrre sostanze antibiotiche che proteggono gli ospiti da eventuali microorganismi dannosi per la loro salute. Questi batteri sono in grado di sfruttare una vasta gamma di fonti di carbonio e nitrogeno e di generare un gran numero di metaboliti secondari.

Lo studio dei metaboliti secondari, coinvolti nei processi antimicrobici, potrebbe portare alla scoperta di nuovi prodotti naturali utilizzabili nella lotta alla farmacoresistenza. Pertanto, conoscere e indagare meglio le simbiosi fra insetti e batteri potrebbe rivelarsi vincente nella scoperta di farmaci che abbiano un impatto sulla salute umana. Scopriamo allora assieme tre fantastici esempi di simbiosi mutualistiche che coinvolgono rispettivamente una formica, un coleottero, una vespa ed i loro attinobatteri protettivi.

Formiche agricoltori e fungicidi fai-da-te

Una delle prime simbiosi protettive scoperte riguarda la formica tagliafoglie Apterostigma dentigerum (Hymenoptera: Formicidae), nota per aver sviluppato la capacità di coltivare funghi all’interno del suo nido. Questa abilità si è evoluta circa 50 milioni di anni fa, molto prima che nell’uomo, rendendole di fatto i primi veri contadini del nostro pianeta.

Naturalmente, uno dei problemi che sia le formiche che l’uomo riscontrano nei processi agricoli, sono gli attacchi da parte di parassiti. Nelle formiche tagliafoglie, in particolare, le monocolture fungine sono attaccate da funghi parassiti specializzati appartenenti al genere Escovopsis (Ascomycota). Ebbene, sulla cuticola delle nostre formiche agricoltori sono state trovate delle zone specifiche dove sono alloggiati degli attinobatteri (Fig. 1). I batteri, appartenenti al genere Pseudonocardia, producono un composto, la dentigerumicina, che inibisce specificatamente la crescita di Escovopsis ma non del fungo coltivato. Dunque, questa geniale simbiosi mutualistica permettere ad A. dentigerum di svolgere liberamente la sua attività agricola, in (quasi) totale sicurezza.

Formica tagliafoglie impegnata nella coltivazione del fungo (A), zone della cuticola che ospitano il batterio Pseudonocardia (B, C), dettaglio di Pseudonocardia sulla cuticola dell'insetto
Figura 1 – Formica tagliafoglie impegnata nella coltivazione del fungo (A), zone della cuticola che ospitano il batterio Pseudonocardia (B, C), dettaglio di Pseudonocardia sulla cuticola dell’insetto [Fonti: Michael Poulsen (A), Currie et al., 1999]

Lo scarabeo della corteccia e il suo simbionte super-specializzato

Un’altra simbiosi protettiva fra batteri e insetti è stata scoperta nello scarabeo della corteccia Dendroctonus frontalis (Coleoptera: Curculionidae). Anche in questo caso, la simbiosi è funzionale a garantire il nutrimento della prole. Difatti, D. frontalis nutre le sue larve con il fungo Entomocorticium. Le femmine adulte dello scarabeo presentano una struttura specializzata, chiamata micangio, dove viene trasportato il fungo simbionte (Fig. 2). Lo scarabeo scava delle gallerie nella corteccia della pianta, dove deporrà le uova e inoculerà il fungo per nutrire le larve.

Tuttavia, il successo di questa simbiosi protettiva è messo in pericolo da un fungo antagonista, Ophiostoma minus. O. minus compete con Entomocorticium rimpiazzandolo e distruggendo la fonte di nutrimento della prole. Il mantenimento della simbiosi è mediato, ancora una volta, da un attinobatterio. Questo batterio, del genere Streptomyces, produce una sostanza chimica chiamata micangimicina, scoperta proprio durante gli studi su D. frontalis. La micangimicina (C₂₀H₂₄O₄), è un perossido di poliene con funzione antimicrobica che apre nuovi orizzonti per la ricerca di prodotti naturali con funzione antibiotica.

D. frontalis con indicata la zona cuticolare in cui sono contenuti i simbionti (E), dettaglio di Streptomyces sp. (F), struttura chimica della micangimicna (G)
Figura 2 – D. frontalis con indicata la zona cuticolare in cui sono contenuti i simbionti (E), dettaglio di Streptomyces sp. (F), struttura chimica della micangimicna (G) [Fonte: Scott et al., 2008]

La vespa imbalsamatrice e maniaca della pulizia

L’ultima, ma non meno importante simbiosi mutualistica, riguarda la vespa solitaria scavatrice Philantus triangulum (Hymenoptera: Crabronidae). Le femmine di questa specie, costruiscono il nido in suoli sabbiosi. Philantus triangulum caccia prevalentemente api da miele (Apis mellifera), paralizzandole con il suo veleno, e approvvigiona ogni cella del nido con 1-5 prede. Le larve si ciberanno delle prede e completeranno lo sviluppo durante l’inverno all’interno della cella.

Allo stesso tempo, l’ambiente umido e caldo di ogni cella è terreno fertile per la proliferazione di funghi e batteri patogeni, specialmente sulle api da miele paralizzate.     
Allora, la femmina adulta secerne una sostanza protettiva dalle ghiandole cefaliche con cui letteralmente imbalsama la preda. In questo modo, evita che patogeni infestino la preda stessa e, di conseguenza, le sua prole. Tuttavia, i batteri nel suolo potrebbero attaccare le larve durante il lungo periodo di sviluppo (9 mesi) mettendone a repentaglio la sopravvivenza.

Ed ecco che, nuovamente, entrano in gioco i nostri attinobatteri. Durante la costruzione del nido, P. triangulum ricopre i muri delle celle con una sostanza biancastra secreta da ghiandole poste sulle antenne. È come se la vespa cercasse di ripulire o “disinfettare” l’ambiente prima di deporre le uova. La microscopia a scansione elettronica (SEM) e le analisi filogenetiche hanno confermato la presenza di attinobatteri nelle antenne. Successivi esperimenti hanno mostrato come il tasso di mortalità delle larve venga drasticamente ridotto dalla presenza della sostanza biancastra all’interno del nido, sancendo l’enorme importanza degli attinobatteri nel proteggere il proprio ospite da patogeni.

Philantus spp. con la sua preda (H), sezione di antenna al microscopio con i batteri endosimbionti (rosso) nel reservoir delle antenne (I), dettaglio della secrezione biancastra rilasciata dalle antenne (I)
Figura 3 – Philantus spp. con la sua preda (H), sezione di antenna al microscopio con i batteri endosimbionti (rosso) nel reservoir delle antenne (I), dettaglio della secrezione biancastra rilasciata dalle antenne (I) [Fonte: Kaltenpoth et al., 2005]

Conclusioni

Il nostro viaggio alla scoperta di bizzarri mutualismi fra insetti e attinobatteri, per ora, termina qui e ci lascia curiosi di scoprire quali altre simbiosi possano popolare il mondo degli insetti. Uno studio approfondito su un elevato numero di specie potrebbe portare alla luce nuove simbiosi fra batteri e insetti. Di conseguenza, si aprirebbero le porte alla scoperta di nuove sostanze da utilizzare come farmaci antimicrobici.

Fonti

  • Currie C.R. et al. (1999) Fungus-growing ants use antibiotic-producing bacteria to control garden parasites. Nature 398, 701–704.
  • Kaltenpoth M. et al. (2005) Symbiotic bacteria protect wasp larvae from fungal infestation. Current Biology 15, 475–479.
  • Kaltenpoth M. (2009) Actinobacteria as mutualists: general healthcare for insects? Trends in Microbiology 17(12), 529-35.
  • Scott J.J. et al. (2008) Bacterial protection of beetle-fungus mutualism. Science 322, 63.

Crediti immagini

Immagine in evidenza: https://www.mondoformiche.it/2012/08/le-formiche-tagliafoglie.html

        

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