Alcuni batteri viaggiano attraverso spazi incredibilmente piccoli. I ricercatori, e la fantastica illustrazione di un ricercatore di un microbo diabolicamente soddisfatto, hanno rivelato come si formano i batteri Caballeronia insetticola è in grado di attraversare passaggi stretti nel tratto digestivo di una cimice dei fagioli.
In uno studio pubblicato la scorsa settimana su Nature Communications, un workforce di ricercatori lo ha scoperto C. insetticola attraversa un collo di bottiglia nell’intestino dell’insetto largo solo 1 micrometro tramite un movimento di “avvolgimento flagellare”. In questo processo, il microbo avvolge il suo flagello, la parte batterica simile alla coda utilizzare per spostarsi—su se stesso e avanza come un cavatappi rotante. La scoperta rivela come questa specie si muova con successo attraverso un passaggio così stretto e potrebbe anche fornire indicazioni per il trattamento dei batteri nocivi.
Configurazione ‘filettatura’
“Alcuni anni fa, i ricercatori hanno notato qualcosa di insolito: C. insetticola a volte avvolge i suoi flagelli attorno alla parte anteriore del corpo invece di trascinarli dietro come un normale nuotatore”, ha scritto Daisuke Nakane, ricercatore presso l’Università di Elettro-Comunicazioni e coautore dello studio, in un articolo Behind the Paper articolo per Springer Natura. “Questa configurazione avvolta a ‘filo di vite’ ruota come una macchina per scavare tunnel in miniatura, aiutando la cellula a spingersi in avanti. Ma questo movimento bizzarro period solo una curiosità o period la chiave per conquistare spazi ristretti?”
Secondo Nakane, i ricercatori si interrogano da tempo sulla capacità della specie di navigare in spazi così piccoli. Nakane e la sua squadra si piazzano C. insetticola in un dispositivo con canali quasi identici in larghezza al vero e proprio collo di bottiglia. Come puoi vedere nel video qui sotto, i batteri hanno viaggiato senza intoppi attraverso questi canali ristretti.
Le piccole bestie per lo più cambiavano la loro locomozione avvolgendosi flagellare. Mentre circa il 15% dei batteri si è trasformato in un involucro flagellare in ampie camere, il 65% lo ha utilizzato nei minuscoli corridoi dei ricercatori e ci è voluto solo uno spazio limitato per innescare il cambiamento. Le simulazioni al pc hanno rivelato il segreto del successo del metodo.
“In uno spazio ristretto, il liquido attorno alla cellula si muove a malapena perché le pareti lo trattengono. Un flagello esteso, che normalmente spinge l’acqua all’indietro, diventa quasi inutile”, ha spiegato Nakane. “Ma un flagello avvolto crea una superficie elicoidale rotante che spreme il fluido attraverso il piccolo spazio tra la cellula e la parete. Ciò genera una forte spinta in avanti, trasformando il batterio in un’elica semovente perfettamente sintonizzata per ambienti ristretti.”
Una regola elegante
Nakane e i suoi colleghi ne hanno scoperto alcuni C. insetticola i parenti si comportavano in modo simile. Le specie in grado di utilizzare l’avvolgimento flagellare riuscivano a sostenere molto bene la loro velocità mentre navigavano lungo i minuscoli tunnel, mentre quelle incapaci deceleravano notevolmente o a volte si fermavano completamente.
I ricercatori hanno anche dimostrato che la capacità di avvolgimento di un batterio risiede nell’uncino, un’articolazione flessibile alla radice del flagello che gli conferisce più o meno flessibilità a seconda della specie. Il workforce ha confermato la sua teoria: quello C. insetticola ha un gancio flessibile che consente l’avvolgimento del flagello, attraverso esperimenti di modificazione genetica.
Quando i ricercatori hanno sostituito C. insetticolaGrazie al gancio flessibile di un’altra specie, con una versione più rigida di un’altra specie, il microbo non poteva più utilizzare l’avvolgimento flagellare e si fermava bruscamente in spazi ristretti. Ma quando equipaggiato con C. insetticoladell’uncino morbido, le altre specie potrebbero, almeno in una certa misura, impegnarsi nell’avvolgimento del flagello, permettendogli di muoversi attraverso spazi più ristretti.
“Le simulazioni fisiche hanno ricapitolato questi risultati, rafforzando la regola semplice ma elegante: un gancio flessibile consente l’avvolgimento; l’avvolgimento consente il tunneling; il tunneling consente la sopravvivenza”, ha affermato Nakane. “E questo non period solo un fenomeno di laboratorio. Quando abbiamo testato mutanti con uncini rigidi all’interno di veri insetti dei fagioli, la loro capacità di colonizzare l’ospite è crollata. Senza avvolgimento, non potevano passare attraverso la barriera di un micrometro. L’evoluzione aveva chiaramente modellato la morbidezza dell’uncino per aiutare i batteri a muoversi nell’architettura interna del loro ospite.”
La mazza da fasciatura flagellare
Gli scienziati hanno osservato movimenti simili in organismi simili Campylobacter, HelicobacterE Pseudomonas– batteri che viaggiano attraverso i dotti ghiandolari e gli strati di muco – suggerendo che l’avvolgimento flagellare può essere un tratto comune tra i microbi che hanno bisogno di attraversare aree strette e viscose.
Forse la cosa più interessante è che la capacità di ostacolare o potenziare questa strategia potrebbe rallentare i batteri nocivi e sostenere quelli benefici. Questo intelligente cambio di marcia potrebbe anche ispirare la configurazione di sistemi di perforazione su scala nanometrica o micro-robot.
