Catturare le prede con rampini e cannoni

Nella vastità degli oceani vivono innumerevoli batteri, che hanno tutti lo stesso problema: i nutrienti di cui hanno bisogno per crescere e moltiplicarsi sono scarsi e distribuiti in modo disomogeneo. In alcuni luoghi ce ne sono in abbondanza, ma in vaste aree ce ne sono in nota. Alcuni batteri si sono quindi trasformati in cacciatori efficienti per trovare nuove fonti di cibo sotto forma di altri microrganismi.

Nonostante questa strategia sia molto efficace, i ricercatori hanno finora trovato solo poche specie batteriche predatrici, tra cui il batterio del suolo Myxococcus xanthus o Vampirococco,Risucchia la preda come un vampiro.

Un batterio come una nave pirata

In un nuovo studio, i ricercatori dell'ETH di Zurigo guidati da Martin Pilhofer, professore del Dipartimento di biologia, e dai suoi collaboratori Yun-Wei Lien e Gregor Weiss presentano ora un altro di questi rari predatori batterici: il batterio marino filamentoso Aureispira.

Ecco come i ricercatori del Aureispira strutture molecolari che assomigliano a rampini e hanno uno scopo simile. Inoltre, il batterio è dotato di una sorta di pistola a proiettile con cui uccide le sue prede.

Come una nave pirata serpeggia alla ricerca di una potenziale vittima Aureispira su una superficie solida rapidamente sulla sua preda come Vibrio-batteri. Se l'aggressore stesso nuota nell'acqua, aspetta che la preda si avvicini. Non appena il contatto è ravvicinato, i rampini si agganciano ai flagelli della vittima. Questo impedisce alla vittima di fuggire.

In pochi secondi, Aureispira spara i suoi cannoni di bordo e buca il guscio del batterio Vibrio. In collaborazione con il laboratorio del professor Roman Stocker dell'ETH, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che i componenti cellulari emergenti della vittima vengono rapidamente assorbiti dal predatore come cibo. "L'intera scena assomiglia a un'incursione di pirati su un'altra nave", afferma Martin Pilhofer con un sorriso.

Aureispira è predatore solo quando la concentrazione di nutrienti nel suo ambiente è bassa. Se l'apporto di nutrienti è sufficiente, il batterio pirata rinuncia a catturare le sue prede e riduce il suo arsenale di armi. Tuttavia, se il batterio viene messo a dieta, il desiderio di cacciare si risveglia e i cannoni e i rampini vengono ripristinati nella cellula. I ricercatori chiamano questo stile di vita predatorio facoltativo ixotrofia. Insieme al gruppo di Martin Polz dell'Università di Vienna, i biologi dell'ETH sono riusciti a dimostrare che questo stile di vita predatorio può essere osservato non solo in laboratorio, ma anche in campioni di acqua marina.

Nuove immagini rivelano dettagli

Per chiarire la funzione e la struttura molecolare dei rampini e dei cannoni, i ricercatori hanno utilizzato diverse tecniche di imaging, tra cui la microscopia ottica e la microscopia crioelettronica.

Questo metodo ha permesso di fissare e analizzare le strutture molecolari senza artefatti e in un contesto cellulare. Grazie a un ulteriore sviluppo del metodo, è possibile persino chiarire la struttura molecolare delle proteine che costituiscono le armi del batterio. "Tutti questi metodi di imaging sono disponibili presso il centro di competenza ScopeM dell'ETH di Zurigo, che ha reso possibile questo studio", sottolinea Weiss.

Combattere le fioriture algali

A cosa servono i risultati? "Si tratta innanzitutto di una ricerca fondamentale guidata dalla nostra curiosità", afferma Pilhofer. Lui e il suo collega Weiss lavorano da dieci anni all'elucidazione dei sistemi di iniezione contrattile - il nome dato ai cannoni di bordo dei batteri pirata.

In altri batteri cacciatori, i sistemi di iniezione contrattile sono spesso caricati con tossine per uccidere immediatamente la preda. Esiste l'idea di caricare queste pistole batteriche con sostanze attive e di iniettarle nelle singole cellule con l'aiuto della macchina molecolare.

Alcuni batteri predatori sono noti per dare la caccia ai cianobatteri, cioè alle alghe blu-verdi. Potrebbero quindi essere utilizzati per combattere le fioriture algali o la propagazione di massa delle alghe blu-verdi. Vibrio-batteri. "I predatori batterici sono molto efficienti nel loro lavoro", spiega Weiss.