Sciame sofisticato: i batteri si sostengono a vicenda attraverso le generazioni

In natura, i batteri vivono solitamente in comunità. Colonizzano collettivamente il nostro intestino, noto anche come microbioma intestinale, o formano biofilm come la placca dentale. Vivere in comunità offre molti vantaggi ai singoli microbi. Sono più resistenti alle condizioni ambientali avverse, conquistano nuovi territori e traggono vantaggio gli uni dagli altri.

Analisi delle comunità microbiche nello spazio e nel tempo

Lo sviluppo delle comunità batteriche è un processo altamente complesso in cui i batteri formano intricate strutture tridimensionali. Nel loro ultimo studio pubblicato in Microbiologia della naturail team guidato dal professor Knut Drescher del Biozentrum dell’Università di Basilea ha studiato in dettaglio lo sviluppo delle comunità di sciami batterici.

Hanno ottenuto una svolta metodologica che ha consentito loro di misurare simultaneamente l’espressione genetica e di immaginare il comportamento delle singole cellule nelle comunità microbiche nello spazio e nel tempo.

I batteri forniscono risorse per le generazioni future

“Abbiamo usato Bacillus subtilis come organismo modello. Questo batterio ubiquitario si trova anche nella nostra flora intestinale. Abbiamo rivelato che questi batteri, che vivono in comunità, cooperano e interagiscono tra loro attraverso le generazioni”, spiega il prof. Knut Drescher, capo dello studio. “Le generazioni precedenti depositano metaboliti per le generazioni successive.”

Hanno inoltre identificato diverse sottopopolazioni all’interno di uno sciame batterico, che producono e consumano diversi metaboliti. Alcuni dei metaboliti secreti da una sottopopolazione diventano il cibo per altre sottopopolazioni che emergono successivamente durante lo sviluppo dello sciame.

Distribuzione dei compiti all’interno della comunità

I ricercatori hanno combinato microscopia adattiva all’avanguardia, analisi dell’espressione genica, analisi dei metaboliti e campionamento robotico. Utilizzando questo approccio innovativo, i ricercatori sono stati in grado di esaminare simultaneamente l’espressione genetica e il comportamento batterico in luoghi e tempi specifici definiti con precisione, nonché di identificare i metaboliti secreti dai batteri. Lo sciame batterico potrebbe quindi essere suddiviso in tre regioni principali: il fronte dello sciame, la regione intermedia e il centro dello sciame. Tuttavia, le tre regioni mostrano transizioni graduali.

“A seconda della regione, i batteri differiscono per aspetto, caratteristiche e comportamento. Mentre sono per lo più mobili ai bordi, i batteri al centro formano lunghi fili non mobili, dando vita a un biofilm 3D. Uno dei motivi è la diversa disponibilità di spazio e risorse”, spiega la prima autrice Hannah Jeckel. “La distribuzione spaziale dei batteri con comportamenti distinti consente alla comunità di espandersi ma anche di nascondersi in un biofilm protettivo.” Questo processo sembra essere una strategia diffusa nelle comunità batteriche ed è cruciale per la loro sopravvivenza.

Dinamiche complesse all’interno delle comunità batteriche

Questo studio illustra la complessità e le dinamiche all’interno delle comunità batteriche e rivela le interazioni cooperative tra i singoli batteri, a favore della comunità. Gli effetti spaziali e temporali svolgono quindi un ruolo centrale nello sviluppo e nella creazione di comunità microbiche. Una pietra miliare di questo lavoro è lo sviluppo di una tecnica pionieristica che ha permesso ai ricercatori di acquisire dati spaziotemporali completi di un processo multicellulare con una risoluzione mai raggiunta prima in nessun altro sistema biologico.