Una delle prime cose che si impara in batteriologia è che i batteri sono disponibili in forme diverse. Non una vasta gamma di forme certo, ma le forme principali sono sferiche, a forma di bastoncello, o spirale. I batteri sferici hanno senso in quanto una sfera è una forma abbastanza semplice in cui crescere e catene o colonie di batteri consentono loro di diffondersi nel loro ambiente. Allo stesso modo una canna è una buona forma per i batteri che si muovono molto, dando loro più propulsione attraverso spazi affollati (e quando sei abbastanza piccolo da essere sulla stessa scala di grandi molecole, ogni spazio è affollato).

Ma perché spirali? Quali benefici ottengono i batteri dalla forma di un cavatappi?

Ero molto eccitato quindi, per vedere due recenti articoli in PLoS patogeni che sia affrontato questo problema. Uno riguardava i batteri campylobacter jejuni (che causa diarrea batterica indotta) e uno era su helicobacter pylori (i batteri che causano ulcere allo stomaco, di cui ho scritto in precedenza). In entrambi i casi la forma elicoidale può essere distrutta dai knockouts abbastanza semplici del gene ed in entrambi i batteri la perdita della forma elicoidale ha provocato una diminuzione nella virulenza e nella capacità dei batteri di funzionare all’interno di un corpo.

A partire da c. jejuni, che ho un debole per perché ho lavorato con esso quando stavo studiando i batteriofagi.

Quindi prima di tutto, come rimuovere la forma a spirale dai batteri. I ricercatori di riferimento 1 hanno trovato un gene, che hanno chiamato pgp1 (peptidoglicano peptidasi 1), che una volta eliminato trasforma i batteri da una piccola spirale ordinata in una forma di asta noiosa. Come suggerisce il nome, pgp1 agisce sul peptidoglicano, che è un componente importante della parete cellulare batterica. Una volta eliminati, i batteri a forma di bastoncello risultanti sono tre volte peggiori nel colonizzare i pulcini (C. jejuni è anche una delle principali cause di malattie nei polli) e sono anche cattivi nel formare biofilm e generalmente muoversi. La figura 1 nel riferimento ha alcune immagini eccellenti dei batteri a spirale e dei mutanti tristi a forma di bastoncello.

Non c’erano differenze tra i normali mutanti c. jejuni e pgp1 quando si trattava di crescita, sopravvivenza allo stress o vita generale sull’agar nutriente; la forma a spirale sembra avere un effetto solo su fattori importanti per la virulenza e la sopravvivenza all’interno di un corpo. I ricercatori hanno anche fatto mutanti che hanno sovraespresso il pgp1 e hanno scoperto che anche questo ha avuto un effetto raddrizzante sulle cellule (di nuovo, belle immagini di batteri in figura 3). Quando hanno preso il gene pgp1 e lo hanno messo in un batterio normalmente a forma di bastoncello (E. coli) non c’è stato alcun cambiamento nella forma. L’effetto cavatappi che il pgp1 produce è presente solo quando il gene è in C. jejuni ed espresso ai livelli corretti, il che è un peccato perché E. coli a forma di spirale sarebbe bello.

Quindi la forma a spirale in C. jejuni sembra essere controllata da un gene principale (probabilmente con l’aiuto di pochi altri) ed è importante per la patogenicità. E H. pylori?

In h. pylori la storia è leggermente diversa. Precedenti ricerche su batteri che avevano perso la loro torsione elicoidale (anche se ancora mantenuto una forma leggermente curva, tenere quel pensiero) non ha mostrato alcuna differenza nel movimento o motilità di nuoto. H. pylori vivono nel rivestimento del muco dello stomaco, e si pensava che la forma elicoidale sarebbe di spingere attraverso questo materiale viscoso più facilmente. I batteri meno tortuosi mostravano ancora una differenza nella colonizzazione: i batteri wildtype contorti avevano molte più probabilità di colonizzare il rivestimento dello stomaco rispetto ai mutanti più dritti.

Nel riferimento 2, il trovato un nuovo gene (csd4) coinvolto nella forma curva dei batteri, che i mutanti non tortuosi originali ancora mantenuto. Si scopre che se si mette fuori questo gene dai mutanti non tortuosi i batteri perdono ogni traccia di curva o torsione e movimento attraverso soluzioni viscose che imitano il rivestimento dello stomaco è molto più difficile. A differenza di C. jejuni quindi, l’H. pylori hanno due meccanismi genetici che causano la forma elicoidale. Un gene che causa la torsione elicoidale reticolando i bit della parete cellulare e un altro (il csd4 identificato nel riferimento 2) che induce in modo indipendente la curvatura della cellula. Questi due meccanismi sembrano essere completamente indipendenti pure, ed entrambi contribuiscono ad aumentare twistyness della cellula.

Così, mentre C. jejuni ha un gene unico responsabile per la forma a spirale e una maggiore virulenza, H. pylori ha due. Ci possono essere ragioni ambientali per questo (C. jejuni può sopravvivere in una gamma più ampia di host) tuttavia, poiché sono batteri piuttosto estranei, potrebbe essere solo che la forma elicoidale è esistita più a lungo in H. pylori che ha raccolto più di un meccanismo per produrlo (e se qualcuno è a conoscenza di altri motivi, scrivimi e fammi sapere!). Ciò che è chiaro è che i batteri hanno ragioni molto solide per essere le forme che sono, e quelle forme non sono limitate esclusivamente a macchie sferiche.

collegamento di Credito per immagine 1 (forme batteriche)

collegamento di Credito per l’immagine 2 (campylobacter)

collegamento di Credito per immagine 3 (helicobacter)

Riferimento 1: Frirdich E, Biboy J Adams C, Lee J, Ellermeier J, Gielda LD, Dirita VJ, Girardin SE, Vollmer W, & Gaynor CE (2012). L’enzima peptidoglicano-modificante Pgp1 è richiesto per la forma delle cellule elicoidali e i tratti di patogenicità in Campylobacter jejuni. Agenti patogeni PLoS, 8 (3) PMID: 22457624