Un batterio sociale che si comporta in molti modi diversi

Una caratteristica fondamentale dei sistemi viventi è la loro capacità di cooperare. Le piante e gli animali, ad esempio, sono costituiti da miliardi di cellule che comunicano tra loro, svolgono compiti specifici e condividono le risorse. Anche molti microrganismi unicellulari cooperano in molti modi, formando comunità e scambiandosi reciprocamente geni o beni utili.

Il microbo è particolarmente cooperativo Myxococcus xanthus. Si trova nei terreni di quasi tutto il mondo e serve agli scienziati come organismo modello per lo sviluppo e la cooperazione microbica. In questo batterio predatore, le cellule si uniscono per formare gruppi cooperativi che sciamano insieme a caccia di altri microrganismi nel suolo. Per muoversi in gruppo, secernono lubrificanti e si trascinano attraverso il substrato circostante con speciali proiezioni. Se il cibo scarseggia, migliaia di questi batteri si raggruppano in un corpo fruttifero e formano spore permanenti. Questo permette loro di resistere alla fame e alla siccità.

Strettamente correlati - eppure diversi

Finora si pensava che la cooperazione funzionasse particolarmente bene tra cellule geneticamente affini che si comportano in modo simile. Questo perché se gli individui differiscono troppo geneticamente, dovrebbero evitarsi, ostacolarsi o addirittura combattersi a vicenda. "Finora si sapeva molto poco sulla composizione genetica dei gruppi cooperanti di questi batteri sociali in natura", spiega Sébastien Wielgoss, assistente in capo al gruppo del professore Gregory Velicer presso l'Istituto di Biologia Integrativa dell'ETH di Zurigo.

Insieme ai colleghi, Wielgoss e Velicer hanno ora analizzato le relazioni genetiche di M. xanthus-gruppi di corpi fruttiferi del suolo. Per farlo, hanno utilizzato una delle più grandi collezioni dell'ETH di Zurigo. M. xanthus-ceppi in tutto il mondo, che Velicer conserva nei congelatori del suo laboratorio.

In uno studio appena pubblicato sulla rivista pagina esternaScienza In uno studio pubblicato sulla rivista "The Soil Bacterium", i ricercatori utilizzano analisi genetiche per dimostrare che i gruppi cooperanti del batterio del terreno M. xanthus Le cellule sono in realtà costituite da cellule strettamente correlate che differiscono in modo inaspettatamente significativo in termini di genetica e comportamento sociale. Gli ammassi di cellule cooperanti spesso persistono per centinaia di generazioni.

Selezione dei geni sociali

Nel loro studio, il team di ricerca ha analizzato gruppi di cellule che discendevano da un antenato comune. In questi gruppi strettamente imparentati, le mutazioni hanno dato origine a varie linee cellulari socialmente distinte che, ad esempio, sciamano più velocemente o più lentamente, o formano più o meno spore nel corpo fruttifero.

Un'elevata diversità di comportamento può anche rappresentare una minaccia per la comunità. Ad esempio, se singoli batteri dell'associazione si comportano in modo "fraudolento" e contribuiscono poco, ma sono comunque tollerati dal resto del gruppo. "Tuttavia, non abbiamo osservato alcun comportamento fraudolento di questo tipo", afferma Wielgoss. La maggior parte dei gruppi è altamente diversificata sia geneticamente che socialmente e continua a funzionare bene insieme".

I ricercatori attribuiscono l'elevata diversità dei comportamenti a una forma di selezione evolutiva che si concentra su alcuni geni "sociali" che controllano il comportamento sociale dei batteri. Attraverso mutazioni naturali in questi "punti caldi della selezione", si accumulano cambiamenti comportamentali, dando vita a una comunità mista di cellule con produzione di spore e velocità di sciamatura diverse. Gli scienziati ipotizzano che le cellule diversificate differiscano anche nel loro comportamento di caccia cooperativa, ma non hanno indagato specificamente su questo aspetto in questo studio.

"Le comunità cellulari con un elevato repertorio comportamentale possono adattarsi meglio ai cambiamenti ambientali e hanno quindi spesso più successo in termini evolutivi rispetto a gruppi omogenei di cellule che si comportano tutte allo stesso modo. La 'diversità culturale' è quindi sicuramente una ricetta per il successo nei batteri", afferma Wielgoss, spiegando il fenomeno.

Una migliore comprensione delle cellule che cooperano

I microrganismi sono onnipresenti e svolgono un ruolo importante nella nostra vita quotidiana, sia come partner della nostra flora intestinale, sia come agenti patogeni o nella produzione alimentare. Molti di loro formano anche associazioni cellulari cooperative in natura. Secondo i ricercatori, le nuove conoscenze acquisite sui batteri sociali del suolo possono quindi aiutare a comprendere meglio la cooperazione di altre comunità cellulari batteriche, come quella dell'importante patogeno Pseudomonas aeruginosa,che possono infettare pazienti immunocompromessi e portare a gravi infezioni a lungo termine.