La collaborazione è una parte importante della ricerca scientifica, poiché gli scienziati spesso si uniscono per unire i propri sforzi e contribuire al raggiungimento di obiettivi scientifici condivisi. A quanto pare, anche la collaborazione è una caratteristica importante tra i batteri.
Comunicando attraverso un linguaggio chimico e aspettando di avere i numeri giusti, i batteri possono riuscire in compiti che non sarebbero in grado di svolgere da soli.
Per questa scoperta fondamentale – un processo noto come rilevamento del quorum – tre scienziati e collaboratori di lunga data sono stati nominati vincitori del Canada Gairdner International Award 2023. Il premio è stato condiviso tra Bonnie Bassler, professoressa Squibb e presidente del Dipartimento di Biologia Molecolare dell'Università di Princeton; E. Peter Greenberg, Professore Nester di Microbiologia presso l'Università di Washington; e Michael R. Silverman, ex professore aggiunto di biologia marina presso lo Scripps Institute of Oceanography andato in pensione nel 2000.
Tutto è iniziato con un oscuro batterio marino bioluminescente noto come Vibrio fischeri, che mostra una caratteristica particolarmente unica:si illumina solo quando è in gruppo. Questo comportamento fu caratterizzato per la prima volta negli anni '70 dal defunto J. Woodland Hastings, professore all'Università di Harvard, che descrisse una sostanza chimica di segnalazione di struttura sconosciuta responsabile del comportamento.
"C'è stato un periodo di 10 anni in cui pensavamo che ciò stesse accadendo, ma nessuno sapeva come", afferma Greenberg. "E poi uno dei miei co-destinatari, Mike Silverman, insieme a uno dei suoi studenti laureati, ha scoperto i geni responsabili [di questo meccanismo]."
"La genetica è uno strumento molto potente", aggiunge Silverman.
Greenberg, che si era allenato con Hastings, caratterizzò ulteriormente questi geni in modo indipendente. Ha anche scoperto un segnale chimico simile nel batterio patogeno Pseudomonas aeruginosa. È allora che è nato il termine quorum sensing, che descrive questa comunicazione da cellula a cellula.
"[Quello che] noi e altri abbiamo dimostrato è che [i batteri] comunicano con un linguaggio chimico. Contano i loro numeri e riconoscono quando hanno i numeri giusti", spiega Bassler.
Per fare questo, i batteri secernono piccole molecole conosciute come autoinduttori. Quando si è riunito un gruppo sufficientemente ampio di batteri e sono stati secreti abbastanza autoinduttori, i batteri possono rilevare questo segnale chimico e iniziare a lavorare insieme come gruppo.
"Se [i batteri] fanno qualcosa tutti insieme, possono riuscire in compiti che non potrebbero realizzare se agissero individualmente. Perché individualmente sono troppo piccoli per fare la differenza", continua Bassler.
Bassler, che una volta ha lavorato come ricercatore post-dottorato con Silverman, ha portato queste intuizioni a un nuovo livello dimostrando che questo fenomeno non è oscuro, ma è invece comune tra i batteri.
In effetti, i ricercatori hanno scoperto che il comportamento del quorum sensing non è affatto limitato ai batteri. Bassler ha anche dimostrato che i batteri possono utilizzare questo meccanismo per comunicare tra le specie e che esso è alla base delle interazioni batteriche con i virus.
Oggi, il quorum sensing è emerso come un nuovo campo della microbiologia. Le scoperte fatte da Bassler, Greenberg e Silverman non solo hanno cambiato la nostra comprensione dei batteri e delle loro interazioni reciproche, ma hanno anche aperto le porte all'uso della comunicazione cellula-cellula in contesti clinici.
Ad esempio, Bassler e i suoi collaboratori hanno utilizzato il rilevamento del quorum per sviluppare terapie a piccole molecole, che sono meno vulnerabili alla resistenza antimicrobica rispetto agli antibiotici tradizionali. Greenberg ha utilizzato anche il quorum sensing per combattere le infezioni associate alla fibrosi cistica.
Nel complesso, i vincitori concordano sul fatto che la collaborazione è stata un aspetto cruciale delle loro scoperte. Lavorando insieme e sviluppando le reciproche idee, Bassler, Greenberg e Silverman hanno rivoluzionato il campo della microbiologia.
"È divertente che il premio consista nel capire come gruppi di microbi […] lavorano insieme e ottimizzano i comportamenti, perché è quello che stiamo cercando di fare in laboratorio", afferma Bassler.
"Trovo che […] il premio abbia un che di magico."
