A volte il confine tra arte e scienza è molto sottile. I ricercatori stanno studiando un batterio, che ricorda un noto capolavoro. Quando un dato gene viene esposto a un batterio come Myxococcus xanthus, i singoli organismi si auto-organizzano in piccoli “sciami”, muovendosi rapidamente e in modo coordinato su superfici solide e circolari.
Recentemente, un team di ricercatori nordamericani ha colorato artificialmente i percorsi circolari di questi batteri e il risultato è stato sorprendente. L’immagine ottenuta presenta notevoli somiglianze con La notte stellata, una delle opere più iconiche di Vincent Van Gogh.
La “notte stellata” dei batteri
Con un ingrandimento x10, l’immagine mostra una miscela di due ceppi di mixobatteri, giallo e blu. I batteri hanno la reputazione di essere “egoisti”, ma Myxococcus xanthus è considerato un batterio sociale perché ha bisogno di trovare e riconoscere i “parenti” per sopravvivere.
“Il nostro lavoro mostra come un batterio sociale, noto come fonte di prodotti naturali terapeutici e come agente di biocontrollo delle colture, funge da potente modello per studiare comportamenti emergenti che esibiscono anche bellezza artistica“, ha affermato Daniel Wall, microbiologo dell’Università del Wyoming.
Questo batterio, a forma di bastoncino, crea grandi grappoli familiari (i sopracitati sciami) per attaccare al meglio la preda di cui si nutre. Ogni cellula produce enzimi digestivi, che facilitano l’alimentazione dei predatori. I ricercatori sono affascinati da anni da questo comportamento sociale, ma non hanno ancora un modello completo e concreto per i relativi movimenti complessi.
Nel 2017, Wall e i suoi colleghi hanno annunciato la scoperta di un’unica “chiave” genetica responsabile dell’attivazione e della disattivazione di questo comportamento. La “chiave” controlla in modo specifico una sequenza di proteine, nota come TraA, che fornisce un recettore di superficie affinché i batteri riconoscano il suo gruppo e si leghino al suo recettore partner, TraB. Dopo essersi uniti a un membro della famiglia tramite questi due recettori (TraAB), i batteri possono quindi scambiare nutrienti e proteine con il resto del gruppo.
Ricerche di laboratorio hanno dimostrato che quando lo sciame incontra il cibo, gli organismi possono effettivamente assemblare i loro enzimi e metaboliti attraverso questi legami, per sferrare un colpo fatale alla loro preda. Il comportamento degli sciami è cambiato quando il team ha indotto batteri mutanti a sovrapporsi alle connessioni TraAB. Questa connessione è ciò che consente alle cellule di restare unite, ma quando c’è troppa di questa “colla”, lo sciame non può separarsi così facilmente da cambiare forma o direzione. “Le cellule normali di tipo selvaggio vanno e vengono, vanno e vengono come un autobus“, spiega il bioingegnere della Rice University Oleg Igoshin. “La testa diventa la coda e la coda la testa. E questo accade ogni 8 minuti o più“.
Una sovraespressione di TraAB, cioè un’eccessiva produzione dei suoi geni, sembra impedire allo sciame di scambiare la testa con la coda. Alla fine, il team sospettava che il carattere appiccicoso del TraB stesse indirettamente impedendo allo sciame di cellule di cambiare direzione.
Percorrendo questo scenario nei modelli computazionali, gli autori sono stati in grado di verificare le loro intuizioni. Introducendo solo modifiche alla connessione TraAB, i normali sciami testa-coda diventano improvvisamente vortici rotanti di cellule grandi come un millimetro o più.
In altri esperimenti di laboratorio, questo comportamento è stato confermato anche in batteri reali. Nello specifico, i vortici possono verificarsi quando un ceppo contiene “colla”, ma anche quando è geneticamente modificato per essere direttamente irreversibile.
Il risultato dello studio, pubblicato su mSystems, non è solo una migliore comprensione di come milioni di cellule coordinano i loro movimenti, ma anche un’immagine affascinante del mondo microbico.
