Nell'uomo e negli animali, le catecolamine come l'adrenalina, la norepinefrina e la dopamina sono comuni ormoni dello stress. Lo stress può aumentare la suscettibilità del corpo alle infezioni batteriche. In laboratorio, gli ormoni dello stress stimolano la crescita di vari agenti patogeni. Ciò era già stato osservato nella Salmonella (Salmonella enterica serovar Typhimurium) e in altri batteri intestinali Escherichia coli e nell'agente eziologico del colera, Vibrio cholerae. Inoltre, l'adrenalina e la noradrenalina rendono più facile per i batteri infettare le cellule del corpo. E questi ormoni influenzano anche la biosintesi dei fattori di virulenza, che consentono ai patogeni di aderire, penetrare e distruggere le cellule.

"Sospettavamo quindi che alcuni batteri usassero tali ormoni come segnali per riconoscere l'ambiente ospite eucariotico", afferma la professoressa Kirsten Jung, microbiologa della LMU. "Ma le basi molecolari non erano note". Insieme al professor Stephan A. Sieber dell'Università tecnica di Monaco (TUM) e ad altri ricercatori, Jung ha ora identificato il sito di legame dell'epinefrina e del derivato dell'epinefrina, la fenilefrina, nel batterio Vibrio campbellii. Come riporta il team in PNAS , il bersaglio di entrambe le molecole è la proteina CheW. "Il significato biologico del meccanismo è che i batteri riconoscono, ad esempio, che non si trovano più nell'acqua di mare, ma nell'intestino di un ospite", spiega Jung.

Studi con l'organismo modello V. campbellii

"Volevamo sapere come i batteri riconoscono le catecolamine come molecole di segnalazione", afferma lo scienziato LMU. "Quali recettori controllano questo processo?" I suoi esperimenti consistevano in diversi passaggi individuali.

Per lo studio, Sieber ha sviluppato un metodo per modificare chimicamente l'adrenalina e la fenilefrina, in modo che i ricercatori potessero isolare direttamente i complessi dalle catecolamine e dalle proteine ​​batteriche legate. Un prerequisito degli esperimenti era che i nuovi composti non avessero caratteristiche biologiche che le molecole non modificate non avevano. Il gruppo di Jung ha fatto esperimenti di laboratorio per dimostrare che era così. L'adrenalina lega il ferro, mentre la fenilefrina, un derivato dell'adrenalina, no. Con la loro scelta dei composti, i ricercatori hanno voluto escludere gli effetti che si verificano quando i batteri hanno un migliore apporto di ferro.

Jung e Sieber hanno lavorato con Vibrio campbellii come organismo modello. Il batterio marino infetta pesci, gamberetti, calamari e molti altri invertebrati marini. Hanno aggiunto Vibrio campbellii alle catecolamine chimicamente modificate e lisato le cellule. Successivamente, hanno estratto dal lisato tutte le proteine ​​a cui una molecola si era legata e le hanno caratterizzate mediante l'analisi del proteoma. Ciò ha comportato un particolare arricchimento della proteina chemiotassi solubile CheW.

Successivamente, il gruppo di Jung ha isolato la proteina CheW direttamente dai batteri, l'ha purificata e ha misurato la sua affinità di legame con le catecolamine. Nel processo, i ricercatori hanno scoperto qualcosa di sorprendente:gli ormoni non si legano ai chemocettori stessi, come inizialmente previsto, ma alla proteina di accoppiamento CheW, che si trova tra i recettori e una cascata di trasduzione del segnale. L'intero sistema di percezione dello stimolo controlla il movimento del batterio in un gradiente chimico.

"Il nostro studio fornisce nuove informazioni sulla comunicazione dei batteri con il loro ospite", riassume Jung. "Siamo stati in grado di dimostrare che il comportamento di nuoto dei batteri è modificato dagli ormoni dell'ospite, che è controllato da CheW". La motilità, e in particolare la motilità diretta, è decisamente importante per la colonizzazione dell'ospite, poiché i batteri cercano deliberatamente di colonizzare un organismo e conquistare tutte le nicchie. Nella fase successiva, Jung ora vuole scoprire se lo stesso meccanismo può essere rilevato in altri batteri.