Se le alghe verdi della specie Chlamydomonas reinhardtii incontrano i batteri Pseudomonas protegens, il loro destino è segnato. I batteri, misurando solo circa due micrometri, circondare le alghe, che sono circa cinque volte più grandi, e attaccarli con un cocktail tossico mortale. Le alghe perdono i flagelli, che li rende immobili. Gli organismi unicellulari verdi si deformano e non sono più in grado di proliferare. Il meccanismo chimico alla base di questo attacco estremamente efficace è stato ora scoperto da botanici e chimici di prodotti naturali dell'Università Friedrich Schiller, Jena (FSU) e l'Istituto Leibniz per la ricerca sui prodotti naturali e la biologia delle infezioni – Hans Knöll Institute (HKI).

È uno spettacolo raccapricciante quello che incontra gli occhi di Prasad Aiyar mentre guarda in basso al microscopio. Il dottorando dall'India, che è venuto a Jena per fare il suo Master in Molecular Life Sciences, esamina la specie Chlamydomonas reinhardtii su un vetrino da microscopio. Le microalghe di forma ovale, una buona dimensione di 10 micrometri, hanno due flagelli con cui nuotano alacremente - cioè, fino a quando Prasad Aiyar usa una pipetta per aggiungere una goccia di una soluzione batterica. I batteri ancora più piccoli si riuniscono in sciami, che circondano le alghe. Solo 90 secondi dopo, le alghe sono immobili e quando si guarda più da vicino, si può vedere che i loro flagelli sono caduti.

I ricercatori di Jena hanno scoperto perché questi batteri hanno un effetto così devastante sulle alghe verdi. Sembra che una sostanza chimica svolga un ruolo centrale nel processo, come le squadre guidate dalla prof.ssa Maria Mittag e dal dott. Severin Sasso della FSU, e il Prof. Christian Hertweck del Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology – Hans Knöll Institute (HKI) – relazione sulla rivista scientifica Comunicazioni sulla natura .

Orfamide A, come si chiama la sostanza, è un lipopeptide ciclico che i batteri rilasciano, insieme ad altri composti chimici. "I nostri risultati indicano che l'orfamide A colpisce i canali nella membrana cellulare, che porta all'apertura di questi canali, " spiega il dott. Severin Sasso. "Questo porta a un afflusso di ioni calcio dall'ambiente all'interno delle cellule delle alghe, " aggiunge il capo del gruppo di ricerca Molecular Botanica. Un rapido cambiamento nella concentrazione di ioni calcio è un segnale di allarme comune per molti tipi di cellule, che regola un gran numero di vie metaboliche. "Per poter osservare il cambiamento del livello di calcio nella cellula, abbiamo introdotto il gene per una fotoproteina nelle alghe verdi, che provoca bioluminescenza se il livello di calcio aumenta. Questo ci permette di misurare la quantità di calcio con l'aiuto della luminescenza, " spiega il prof. Mittag, Professore di Botanica Generale. In alcuni casi, i cambiamenti nel calcio portano a cambiamenti nella direzione del movimento, per esempio dopo la percezione della luce. In altri casi, per esempio dopo l'attacco batterico, provocano la perdita dei flagelli.

Alla ricerca del "linguaggio chimico"

Inoltre, le squadre sono state in grado di dimostrare che i batteri possono attingere alle alghe e usarle come fonte di nutrienti se mancano di sostanze nutritive. "Abbiamo prove che anche altre sostanze del cocktail tossico rilasciato dai batteri svolgono un ruolo in questo, " dice Maria Mittag. La sua squadra, ancora una volta in collaborazione con i team del Prof. Hertweck e del Dr Sasso, ora vuole anche rintracciare queste sostanze, al fine di ottenere una comprensione precisa di questa comunicazione chimica tra alghe e batteri.

Numerosi gruppi di ricerca hanno dedicato i loro sforzi allo studio del "linguaggio chimico" tra i microrganismi e il loro ambiente nell'ambito del Centro di ricerca collaborativa "ChemBioSys". Le comunità di specie microbiche si verificano praticamente in ogni habitat sulla Terra. "In queste comunità, sia la composizione delle specie che le interrelazioni tra i singoli organismi di una o più specie sono regolate da mediatori chimici, "dice il prof. Hertweck, chi è il relatore per il Centro di ricerca collaborativa e capo del dipartimento di chimica biomolecolare presso HKI.

L'obiettivo del partenariato di ricerca interdisciplinare è spiegare i meccanismi di controllo fondamentali nei biosistemi complessi, che influenzano l'intera vita sulla Terra. "Vogliamo capire i meccanismi attraverso i quali si formano le strutture della comunità microbica e la loro diversità viene mantenuta". sono importanti, perché gli elementi essenziali della vita – anche per gli esseri umani – dipendono da loro, per esempio cibo o aria.

Questo vale anche per le microalghe come Chlamydomonas reinhardtii. Tali microrganismi fotosintetici (fitoplancton) contribuiscono per circa il 50 per cento alla fissazione del gas serra anidride carbonica e, come sottoprodotto della fotosintesi, forniscono l'ossigeno che è essenziale per la nostra sopravvivenza. Inoltre, microalghe, che si trovano in acqua dolce, terreni bagnati o dei mari e degli oceani del mondo, rappresentano una base importante per le catene alimentari, soprattutto nei sistemi acquatici. Per esempio, lo zooplancton negli oceani si nutre delle alghe e insieme forniscono cibo ai crostacei, che a loro volta vengono mangiati dai pesci, prima che vengano mangiati da pesci più grandi o catturati dall'uomo. "In considerazione dell'enorme significato delle microalghe per la vita umana, sappiamo ancora sorprendentemente poco degli elementi fondamentali e delle interazioni nel loro mondo microscopico, "dice il prof. Mittag.