I batteri esistevano millenni prima dell’uomo e ci hanno infettato fin dall’inizio. Anche se possiamo curare le infezioni attraverso i farmaci, i batteri continuano a diventare resistenti al trattamento grazie alla loro rapida evoluzione. Le infezioni batteriche rimangono una delle principali cause di morbilità e mortalità nel 2024, provocando quasi otto milioni di decessi ogni anno a livello globale.
Una caratteristica chiave condivisa da tutti i batteri infettivi è chiamata chemiotassi. La chemiotassi è un processo versatile che consente ai batteri di nuotare verso molecole ricche di energia, trovare nicchie preferite per l’infezione, evitare specie dannose, cambiare velocità e smettere completamente di formare biofilm. La chemiotassi è anche essenziale per la virulenza negli animali e un potenziale bersaglio per nuove terapie. Ma prima è necessario comprendere meglio il processo stesso.
Il laboratorio di Tina Iverson, Louise B. McGavock Professor e docente di farmacologia, in collaborazione con ricercatori dell'Università della California, San Francisco; Università di Stanford; e il Weizmann Institute of Science in Israele hanno pubblicato un nuovo lavoro su Nature Microbiology , fornendo nuove informazioni sulla chemiotassi.
La chemiotassi richiede un piccolo motore per far girare un flagello, un'appendice simile a un capello di batteri che gira per fornire propulsione, come il motore di una barca. La rotazione del flagello in senso orario o antiorario a velocità diverse consente ai batteri di avvicinarsi o allontanarsi da stimoli diversi. La ricerca attuale non è arrivata a un'architettura concordata dei componenti centrali del motore che alimenta il flagello, il che ha ostacolato la comprensione e la capacità dei ricercatori di colpire la chemiotassi con i farmaci.
Il lavoro attuale, guidato dal ricercatore senior associato del laboratorio Iverson Prashant Singh, fornisce nuove informazioni su come un componente del motore chiamato interruttore inverte la rotazione e trasmette la coppia al flagello.
Per fare ciò, i ricercatori hanno preso come modello la Salmonella enterica, un batterio responsabile di circa 60.000 decessi all’anno a livello globale. Dopo aver isolato e purificato i motori di S. enterica stabilizzati in diverse configurazioni di nuoto, i collaboratori hanno sfruttato la potenza di Titan Krios di Vanderbilt, un microscopio crioelettronico da 10 milioni di dollari acquisito dalla School of Medicine Basic Sciences e reso disponibile tramite il Cryo -EM Struttura.
Le strutture hanno fornito ai ricercatori informazioni su come il motore batterico alimenta la rotazione in senso orario e antiorario del flagello, che consente a un batterio di nuotare dritto o cambiare direzione mentre nuota. Li ha anche aiutati a capire come le proteine si legano al motore per aiutare a regolare il movimento batterico.
Questi risultati sono applicabili a un’ampia gamma di infezioni. Ad esempio, il meccanismo della chemiotassi della Salmonella è quasi identico a quello dell’Escherichia coli, responsabile di oltre 250.000 infezioni all’anno solo negli Stati Uniti. Poiché la chemiotassi è necessaria per l'infezione, l'interruzione selettiva delle interazioni che consentono agli agenti patogeni di formare un serbatoio all'interno di un organismo può aiutare a prevenire infezioni ricorrenti senza incidere sul normale microbioma.
Il laboratorio Iverson sta ora lavorando per identificare il modo in cui una gamma più ampia di diversi partner proteici si lega al motore flagellare durante la chemiotassi e spera che ciò possa portare a modi per interrompere la chemiotassi durante l'infezione.
Ulteriori informazioni: Prashant K. Singh et al, Le strutture CryoEM rivelano come il flagello batterico ruota e cambia direzione, Microbiologia naturale (2024). DOI:10.1038/s41564-024-01674-1
Informazioni sul giornale: Microbiologia naturale
Fornito dalla Vanderbilt University
