Immagina di provare a sconfiggere un esercito di invasori che può raddoppiare la sua popolazione ogni venti minuti. Questo è ciò che il corpo umano deve affrontare quando viene infettato da un ceppo dannoso di Escherichia coli (E. coli), un tipo di batterio che può moltiplicarsi rapidamente e causare una serie di malattie spiacevoli e potenzialmente pericolose, come la diarrea, malattie respiratorie e polmonite.

Con l'aumento mondiale della resistenza agli antibiotici, gli scienziati sono alla disperata ricerca di nuovi modi per combattere le infezioni batteriche con i farmaci. Un metodo efficace per impedire alle cellule batteriche di dividersi e moltiplicarsi sarebbe quello di mirare al meccanismo di divisione cellulare. Però, Per realizzare questo, è necessario un quadro più dettagliato della struttura e dell'organizzazione del macchinario stesso.

Ricercatori dell'Unità di biologia cellulare strutturale presso l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), in collaborazione con ricercatori dell'Università di Stoccolma, hanno fatto luce sul meccanismo di divisione cellulare in E. coli. La loro ricerca è stata recentemente pubblicata in Microbiologia Molecolare .

A lungo termine, questa ricerca potrebbe aiutare a identificare nuovi modi per colpire i batteri con gli antibiotici. "Se riusciamo a comprendere meglio i meccanismi con cui le cellule batteriche si dividono, allora possiamo provare a creare farmaci che distruggano questi meccanismi, "dice Bill Söderström, autore principale del paper.

La maggior parte delle cellule batteriche si replica per fissione binaria, un processo in cui la cellula madre si restringe e si separa in due cellule figlie identiche. Durante la divisione cellulare, una grande macchina molecolare chiamata "divisoma" si assembla all'interno della cellula. I ricercatori hanno rivelato l'organizzazione spaziale di due proteine ​​chiave del divisome di E. coli, 'FtsZ' e 'FtsN'.

Per molto tempo, i biologi cellulari avevano supposto che tutte le proteine ​​nel divisoma fossero raggruppate insieme in un grande supercomplesso. La microscopia a fluorescenza convenzionale ha un potere di risoluzione relativamente basso, il che significa che gli oggetti adiacenti che sono molto vicini tra loro a volte appaiono come un'unica entità. Però, utilizzando una tecnica di imaging all'avanguardia disponibile presso l'OIST chiamata nanoscopia a super-risoluzione Stimulated Emission Depletion (STED), i ricercatori sono stati in grado di visualizzare il macchinario di divisione su scala nanometrica. "Con una migliore risoluzione, siamo stati in grado di vedere la differenza tra i due anelli proteici e di dedurre dettagli sul processo di divisione cellulare, " dice Söderström.

Utilizzando due colori fluorescenti per etichettare FtsZ e FtsN rispettivamente in verde e rosso, i ricercatori hanno rivelato che entrambe le proteine ​​sono localizzate in grandi complessi, che sono distribuiti in modo non uniforme intorno al sito di divisione. All'inizio del processo di divisione, le due proteine ​​formano anelli a chiazze non sovrapposti. Man mano che la divisione cellulare progredisce, l'anello verde, formato da FtsZ, si muove dentro l'anello rosso, formato da FtsN. La scoperta che queste proteine ​​non sempre si sovrappongono ma sono separate in diversi gruppi, suggerisce che il divisoma non funziona come una singola macchina molecolare. Piuttosto, ogni gruppo proteico svolge un ruolo specifico.

Con un quadro più dettagliato del meccanismo di divisione cellulare, i biologi possono progettare nuovi antibiotici per impedire alle cellule batteriche di dividersi e moltiplicarsi. "Il prossimo passo è guardare molte più coppie di proteine ​​della divisione cellulare e capire quale di queste dovremmo prendere di mira con i farmaci, " dice Söderström.