I risultati, ora pubblicati su mBio , mostrano che alcuni ceppi di batteri potrebbero in realtà aver già iniziato il percorso che porta dall'essere benefico al diventare parassiti.

Non solo gli esseri umani o i bovini ruminanti hanno miriadi di microbi che vivono nel loro intestino. L'intestino di molte specie di termiti, che si nutrono della decomposizione di componenti del legno difficili da digerire, è ricco di numerosi aiutanti unicellulari, i cosiddetti flagellati. Questi a loro volta vengono colonizzati dai batteri. Gli endosimbionti batterici vivono all'interno o sui flagellati eucariotici e forniscono loro sostanze nutritive nell'intestino delle termiti.

Un team guidato dallo scienziato Andreas Brune del Marburg Max Planck vuole comprendere meglio i dettagli della convivenza e, soprattutto, le prestazioni metaboliche dei batteri di importanza globale. Questo perché il contributo dei microbi delle termiti al bilancio globale del metano non è insignificante. Inoltre, anche la capacità dei simbionti microbici di convertire i componenti del legno in elementi costitutivi potenzialmente preziosi attira da anni l'interesse dei ricercatori.

Endomicrobia:un caso eccellente per gli studi evolutivi

Nel loro ultimo studio, il team di Andreas Brune ha studiato come è nata la collaborazione tra flagellati e batteri e come la prestazione metabolica dei batteri è correlata a questo sviluppo evolutivo. Questo approccio è normalmente limitato dal fatto che non esistono più parenti stretti che vivono in modo indipendente al di fuori delle cellule ospiti. In questo caso i ricercatori sono stati fortunati:un gruppo di batteri chiamato Endomicrobia contiene sia forme a vita libera che endosimbionti dei flagellati.

I ricercatori hanno analizzato le informazioni genetiche di ceppi batterici associati a diverse termiti utilizzando il sequenziamento del metagenoma. "Quando abbiamo esaminato i risultati, ci siamo resi conto che i batteri endomicrobici che popolano i flagellati avevano perso molti geni nel corso del tempo", spiega Undine Mies, dottoranda. studente nel gruppo. Tuttavia, questa perdita è stata compensata dall'acquisizione di nuove funzioni attraverso il trasferimento di geni da altri batteri intestinali.

Il trasferimento genico orizzontale fornisce nuove capacità metaboliche

"Ricevendo geni da altri batteri nel loro ambiente, i batteri erano maggiormente in grado di cambiare il loro metabolismo per utilizzare altre fonti di energia come i fosfati di zucchero", afferma Mies. "Questo risultato sottolinea quanto sia importante questo trasferimento genico orizzontale per la coevoluzione degli organismi."

I dati mostrano anche come, nel corso di questa evoluzione, si sia verificato uno spostamento del metabolismo energetico dal glucosio agli zuccheri fosfati e infine una completa perdita della capacità di scomporre lo zucchero.

I batteri hanno invece acquisito un meccanismo di trasporto per l’assorbimento di composti ricchi di energia (antiportatori ATP/ADP) dall’ambiente ospite, come è tipico dei batteri parassiti. "La perdita di quasi tutte le capacità biosintetiche in alcune linee endomicrobiche e l'acquisizione del trasportatore indicano che la relazione originariamente reciprocamente vantaggiosa tra i batteri e i flagellati che vivono nell'intestino potrebbe essere in declino", spiega Brune.

"In una fase successiva, vogliamo ora studiare la misura in cui i compiti originali dei simbionti endomicrobici vengono sostituiti da altri simbionti secondari. Ciò contribuirà alla comprensione generale di come la natura evita i vicoli ciechi nell'evoluzione delle simbiosi. "