Moltiplicazione miracolosa
Esistono batteri che possono liberarsi della loro parete cellulare e assumere una nuova forma sferica. I ricercatori del Fare ricerca all'ETH dimostrano che anche queste cosiddette forme L sono vitali e che i loro meccanismi di riproduzione potrebbero corrispondere a quelli delle prime forme di vita.
Qualche anno fa, i ricercatori del gruppo del Fare all'ETH Martin Loessner hanno scoperto che le listerie a forma di bastoncino possono diventare sferiche. Queste cosiddette forme L differiscono per principio dalla forma batterica normale. Si liberano della loro parete cellulare, diventano sferiche e possono moltiplicarsi attraverso un tipo di gemmazione, in cui le cellule madri "perlano" verso l'esterno o verso le vescicole figlie interne. La particolarità è che non tutte le vescicole contengono materiale genetico.
Le forme L si formano, ad esempio, quando si usano gli antibiotici contro la listeria, che può causare gravi infezioni alimentari. Questo fa sì che i batteri si liberino della loro parete cellulare - il punto di attacco della sostanza attiva. Le vescicole rimanenti sono separate solo da una semplice membrana, che rende inefficaci molti antibiotici.
Le forme L non si trovano solo nella Listeria. Anche i micoplasmi, le rickettsia e le clamidie, tutti agenti patogeni per l'uomo, possono sopravvivere naturalmente senza una parete cellulare stabile. Tuttavia, le forme L sono vitali solo in condizioni adeguate. Se le condizioni osmotiche non sono adeguate o cambiano rapidamente, queste cellule sono molto instabili.
Cellula vitale o prodotto morto del caso?
I ricercatori non sono ancora riusciti a dimostrare chiaramente se le vescicole formate siano generalmente vitali. Tuttavia, i nuovi esperimenti di Loessner e del suo gruppo chiariscono ora che le forme L sono una forma di vita indipendente che può riprodursi indefinitamente. "Quindi non abbiamo osservato artefatti prima, ma una forma di vita alternativa di questi batteri", sottolinea Loessner. I risultati del nuovo studio sono stati appena pubblicati sulla rivista Nature Communications.
I ricercatori dimostrano che le vescicole proliferano quando una vescicola madre inserisce una vescicola figlia al suo interno o ne stacca una all'esterno. Queste a loro volta generano altre vescicole nello stesso modo.
Aggiunta casuale di materiale genetico
Con la prima invaginazione della membrana nel suo interno, il citoplasma, la cellula madre taglia una vescicola che si riempie di sostanze provenienti dal mezzo circostante. Questa prima vescicola figlia è solitamente priva di tutti i componenti cellulari e del materiale genetico. La seconda vescicola, invece, è riempita con il plasma della vescicola madre. Ora può contenere i componenti di una cellula che le consentono di vivere, come i cromosomi e i ribosomi, i siti di produzione delle proteine. Tuttavia, il fatto che questa seconda vescicola contenga effettivamente materiale genetico non è regolato ed è casuale. Tuttavia, è sufficientemente grande perché tutti i processi vitali si svolgano al suo interno.
Una folle rete di vescicole
Loessner considera il fatto che lui e il suo gruppo abbiano scoperto dei sottili tubi elastici di collegamento tra le vescicole rilasciate all'esterno come una piccola sensazione scientifica nel corso della loro ricerca sulle forme L di Listeria. "Le vescicole formano una rete pazzesca tra di loro", afferma. I tubi sono costituiti da molecole di grasso come le membrane. Di conseguenza, le vescicole formano un continuum, simile a una rete fungina. Fino alla completa separazione, le vescicole scambiano il citoplasma attraverso questi tubi.
Altrettanto insolito è il fatto che le forme L non necessitano né di una parete cellulare né di una proteina formatrice di anelli, di cui le normali cellule batteriche con parete cellulare hanno bisogno quando si dividono, per riprodursi. "Se nella storia evolutiva sono esistite cellule senza parete cellulare, probabilmente si sono divise nello stesso modo delle forme L", spiega Loessner. Tuttavia, non si tratta di un processo biologico, ma piuttosto di un processo fisico che dipende direttamente dalla quantità di materiale di membrana che si forma. "La riproduzione segue le leggi della termodinamica". Le forme L sono quindi paragonabili a bolle di sapone. Anche queste devono la loro stabilità (e divisione) a principi puramente fisici.
Letteratura di riferimento
Studer P, Staubli T, Wieser N, Wolf P, Schuppler M, Loessner MJ. Proliferazione di Listeria monocytogenes Cellule a L con formazione di vescicole interne ed esterne. Nature Communications 7, Articolo numero: 13631 (2016). DOI: pagina esterna10.1038/ncomms13631