Nelle scienze della vita moderne, un cambiamento di paradigma sta diventando sempre più evidente:le forme di vita non sono più considerate unità autonome, ma invece comunità di organismi altamente complesse e funzionalmente interdipendenti. L'esplorazione degli stretti legami tra la vita multicellulare e soprattutto batterica sarà, in futuro, essere la chiave per una migliore comprensione dei processi vitali nel loro insieme, e in particolare il passaggio tra salute e malattia. Però, come funziona in dettaglio la cooperazione e la comunicazione degli organismi è attualmente ancora in gran parte sconosciuto. Un importante passo avanti nella decifrazione di queste relazioni multi-organismo è stato ora compiuto dai ricercatori del gruppo di lavoro di biologia cellulare e dello sviluppo presso l'Istituto zoologico dell'Università di Kiel:gli scienziati, guidato dal dottor Sebastian Fraune, hanno potuto dimostrare per la prima volta che gli organismi ospiti possono controllare non solo la composizione dei loro batteri colonizzatori, ma anche la loro funzione. I ricercatori della CAU hanno pubblicato le loro scoperte rivoluzionarie - derivate dall'esempio del polipo d'acqua dolce Hydra e dei loro specifici simbionti batterici - lo scorso lunedì nell'ultimo numero della rivista scientifica Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"Il punto di partenza della nostra indagine è stata l'osservazione che Hydra può influenzare la composizione della colonizzazione batterica specie-specifica, dalla formazione di determinate sostanze antimicrobiche, " ha spiegato la dott.ssa Cleo Pietschke, autore principale dello studio. In linea di principio, queste semplici forme di vita gestiscono quindi lo stesso compito che devono svolgere anche gli organismi più sviluppati per stabilire un microbioma sano:utilizzare il loro sistema immunitario, assicurano la colonizzazione da parte della "giusta" composizione dei batteri, e deve allo stesso tempo impedire ai microrganismi utili di avere un effetto dannoso. Il lavoro presentato si è concentrato su come questo processo di colonizzazione è supportato dalla comunicazione tra ospite e batteri.

Una volta raggiunta una determinata densità di popolazione, le comunità batteriche possono lavorare insieme in team, per assolvere a determinate funzioni. Il coordinamento di queste funzioni si basa su un meccanismo di sensori, con cui i singoli batteri possono determinare la densità di popolazione totale con l'aiuto di molecole segnale. Una volta raggiunto un valore di soglia, queste molecole segnale attivano i geni, e quindi regolare alcune funzioni cellulari. Utilizzando questo processo, noto come quorum sensing, funzioni di controllo dei batteri come la colonizzazione delle superfici, o la produzione di tossine.

Il team di ricerca di Kiel ha ora dimostrato che l'organismo ospite può modificare il meccanismo di rilevamento del quorum dei batteri. Gli cnidari quindi influenzano direttamente le molecole segnale batteriche, e quindi promuovere attivamente il processo di colonizzazione del proprio tessuto. "Abbiamo scoperto che l'Hydra non solo influenza la presenza dei loro simbionti batterici, ma possono anche interferire direttamente con la loro funzione, " ha sottolineato Fraune, ricercatore associato nel gruppo di lavoro di biologia cellulare e dello sviluppo. Il gruppo di ricerca ha descritto in dettaglio, per la prima volta, un host che utilizza il quorum quenching per inibire la comunicazione molecolare dei batteri. In precedenza c'erano solo altri due esempi di tali interventi da parte di un organismo ospite. Nello specifico, i ricercatori di Kiel hanno dimostrato che una modifica di alcune molecole segnale da parte dell'ospite favorisce la colonizzazione da parte di Curvibacter, i batteri più frequenti associati a Hydra.

I ricercatori della CAU hanno studiato l'influenza del meccanismo dell'ospite sulla sua comunità batterica osservando l'effetto di una molecola segnale e della sua controparte batterica modificata dall'ospite. in primo luogo, hanno portato l'Idra senza germi, cioè organismi allevati in laboratorio senza colonizzazione batterica, a contatto con i batteri Curvibacter. Era evidente che la colonizzazione batterica era scarsa, purché siano presenti molecole segnale non modificate. Non appena questi sono stati modificati dall'influenza dell'organismo ospite, i batteri hanno colonizzato il corpo degli cnidari in misura normale. I ricercatori hanno quindi ripetuto l'esperimento su organismi che già mostravano una colonizzazione batterica. Lo stesso modello è emerso qui, anche:solo le molecole segnale modificate dall'ospite hanno incoraggiato la colonizzazione coerente e tipica dell'Hydra da parte dei loro simbionti batterici. Sono necessari ulteriori studi per determinare come questi risultati, ottenuti da organismi modello cnidari, può essere applicato ad altre forme di vita. Però, poiché Hydra sono organismi evolutivi primitivi, è probabile che questo meccanismo sia presente anche in organismi altamente sviluppati.

"All'interfaccia tra ricerca di base e medicina, sta diventando sempre più chiaro che la chiave per la salute risiede nell'equilibrio tra il corpo ei simbionti batterici. In futuro avremo l'impegnativo compito di cercare di comprendere le relazioni altamente complesse tra ospiti e batteri. Con le nostre nuove scoperte, siamo un piccolo passo più vicini al raggiungimento di questo, " disse una Fraune ottimista.