I batteri, gli organismi viventi più piccoli del mondo, formano comunità in cui corpi unificati di individui convivono, contribuiscono con una quota della proprietà e condividono interessi comuni.

Il terreno attorno alle radici di una pianta contiene milioni di organismi che interagiscono costantemente:troppi giocatori impegnati da studiare contemporaneamente, nonostante l'importanza di capire come si mescolano i microbi.

In uno studio pubblicato sulla rivista mBio , i ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison hanno appreso che un modello drasticamente ridimensionato di una comunità microbica consente di osservare alcune delle complesse interazioni. In tal modo, hanno scoperto un attore chiave nella comunicazione microbica:la presenza o l'assenza di un composto antibiotico prodotto da uno dei membri della comunità ha influenzato il comportamento degli altri due membri.

Poco si sa su come i singoli microbi interagiscono tra loro nelle comunità, ma questa conoscenza ha un'incredibile promessa.

Ad esempio, il batterio Bacillus cereus può proteggere le piante producendo un antibiotico che scoraggia l'agente patogeno che causa lo "smorzamento", una malattia che uccide le piantine ed è costosa per gli agricoltori. Ma gli agenti di biocontrollo come B. cereus non sono sempre efficaci. A volte le piante trattate con B. cereus prosperano, a volte no, e i ricercatori stanno cercando di capirne il motivo.

"I batteri non vivono isolati", afferma Amanda Hurley, autrice principale del nuovo studio; Assegnista di politica scientifica e tecnologica dell'AAAS; ed ex post-dottorato nel laboratorio del professore UW-Madison Jo Handelsman, direttore del Wisconsin Institute for Discovery.

"Se potessimo capire come cambiano le interazioni tra specie in presenza di più specie, possiamo iniziare a comprendere le tendenze di comunicazione di intere comunità microbiche. Usando la chimica o la genetica, potremmo interrompere determinate conversazioni e amplificarne altre, portando a microbiomi che interagiscono con i loro ambienti in modo più positivo e prevedibile, che si tratti dell'uomo, delle colture o del suolo stesso."

Decifrare le interazioni tra i microrganismi potrebbe aiutare a progettare un ambiente più favorevole al Bacillus cereus. Hurley e i coautori Marc Chevrette, ex post-dottorato nel laboratorio Handelsman e attualmente assistente professore all'Università della Florida, e Natalia Rosario-Melendez, studentessa laureata nel laboratorio Handelsman, hanno deciso di decodificare e tradurre le conversazioni chimiche. Il gruppo ha creato un sistema modello composto da tre specie:Flavobacterium johnsoniae e Pseudomonas koreensis sono stati isolati con B. cereus da radici di soia coltivate nei campi, che hanno soprannominato "The Hitchhikers of the Rhizosphere" o THOR.

I batteri spesso comunicano attraverso il linguaggio della chimica. Manipolare quella chimica usando geni e sostanze chimiche potrebbe cambiare la conversazione e far sentire il Bacillus cereus il benvenuto sulle radici delle piante.

I ricercatori hanno costruito profili degli organismi THOR utilizzando il loro mRNA, molecole prodotte quando un gene viene espresso. In ciascuna combinazione di batteri THOR, i ricercatori hanno cercato differenze nell'espressione genica. Gli organismi THOR rispondevano l'un l'altro in modo diverso in ogni combinazione, e quando tutte e tre le specie erano insieme, iniziarono ad accadere nuove cose che non accadevano in nessuna delle coppie o delle singole condizioni.

Nella comunità THOR, l'espressione genica era dominata dalle interazioni con un membro, P. koreensis. I risultati sono stati mediati dalla presenza dell'antibiotico coreenceine, il metaforico martello di THOR. Questa singola molecola sembra influenzare l'espressione e l'interazione di migliaia di geni attraverso le reti comunitarie. Secondo i ricercatori, determinare come la coreenceina regoli i geni della comunità sarà una strada fruttuosa per ulteriori indagini.

Lo studio convalida l'idea iniziale di Handelsman secondo cui vale la pena indagare sulle comunità, perché l'attività all'interno della comunità non è solo la somma dei membri, ma riflette le proprietà della comunità.

"Tradizionalmente, le persone guardano solo a un singolo organismo. Ciò che rende diverso il nostro studio è che abbiamo guardato alla comunità", afferma Chevrette. "Le comunità sono diverse. C'è qualcosa di intrinsecamente unico in una comunità che la rende diversa dalla somma delle sue parti. L'utilizzo della semplicità dei microbiomi modello può aiutarci con la sfida di comprendere i microbi nelle comunità complesse e come possono essere modificati per migliorare la salute umana, ambientale e agricola". + Esplora ulteriormente

THOR tratta microbiomi complessi in un modello per migliorarli