Secondo un nuovo studio condotto da ricercatori della Penn State, l’aumento del muco è esattamente ciò che i batteri usano per organizzare un attacco coordinato al sistema immunitario. Il team ha scoperto che quanto più denso è il muco, tanto meglio i batteri riescono a sciamare. I risultati potrebbero avere implicazioni per trattamenti che riducono la capacità dei batteri di diffondersi.
Lo studio, recentemente pubblicato sulla rivista Nesso PNAS, dimostra come i batteri utilizzano il muco per migliorare la loro capacità di auto-organizzarsi e possibilmente condurre infezioni. Gli esperimenti, eseguiti utilizzando muco sintetico dello stomaco di maiale, muco cervicale naturale di mucca e un composto polimerico idrosolubile chiamato polividone, hanno rivelato che i batteri coordinano il movimento meglio nel muco denso che nelle sostanze acquose.
I risultati forniscono informazioni su come i batteri colonizzano il muco e le superfici delle mucose, hanno affermato i ricercatori. I risultati mostrano anche come il muco migliora il movimento collettivo batterico, o sciamatura, che può aumentare la resistenza agli antibiotici delle colonie batteriche.
“Per quanto ne sappiamo, il nostro studio è la prima dimostrazione di batteri che nuotano collettivamente nel muco”, ha affermato Igor Aronson, professore Huck Chair di ingegneria biomedica, di chimica e di matematica alla Penn State e autore corrispondente dell’articolo. “Abbiamo dimostrato che il muco, a differenza dei liquidi di consistenza simile, migliora il comportamento collettivo.”
Il muco è essenziale per molte funzioni biologiche, ha spiegato Aronson. Rivestisce le superfici di cellule e tessuti e protegge da agenti patogeni come batteri, funghi e virus. Ma è anche il materiale ospite di infezioni di origine batterica, comprese le malattie sessualmente trasmissibili e quelle gastriche. Secondo Aronson, una migliore comprensione di come i batteri sciamano nel muco potrebbe aprire la strada a nuove strategie per combattere le infezioni e il crescente problema della resistenza agli antibiotici.
“I nostri risultati dimostrano come la consistenza del muco influenzi il movimento casuale dei singoli batteri e influenzi la loro transizione verso il movimento collettivo coordinato di grandi gruppi batterici”, ha affermato Aronson. “Esistono studi che dimostrano che il movimento collettivo o lo sciame di batteri aumenta la capacità delle colonie batteriche di respingere l’effetto degli antibiotici. L’inizio del comportamento collettivo studiato nel nostro lavoro è direttamente correlato allo sciame.”
Il muco è una sostanza notoriamente difficile da studiare perché presenta proprietà sia liquide che solide, ha spiegato Aronson. I liquidi sono tipicamente descritti dal loro livello di viscosità, quanto è denso o sottile il liquido, mentre i solidi sono descritti dalla loro elasticità, quanta forza può richiedere prima di rompersi. Il muco, un fluido viscoelastico, si comporta sia come liquido che come solido.
Per comprendere meglio come il muco si infetta, il team ha utilizzato tecniche di imaging microscopico per osservare il movimento collettivo dei batteri concentrati Bacillus subtilis nel muco sintetico dello stomaco di maiale e nel muco cervicale naturale della mucca. Hanno confrontato questi risultati con le osservazioni di Bacillus subtilis che si muoveva in un polimero idrosolubile di polividone in un ampio intervallo di concentrazioni, da livelli alti a bassi di polividone. I ricercatori hanno anche confrontato i loro risultati sperimentali con un modello computazionale per il movimento collettivo dei batteri in fluidi viscoelastici come il muco.
Il team ha scoperto che la consistenza del muco influenza profondamente il comportamento collettivo dei batteri. I risultati hanno indicato che quanto più denso è il muco, tanto più è probabile che i batteri mostrino movimenti collettivi, formando uno sciame coordinato.
“Siamo stati in grado di mostrare come la viscoelasticità del muco migliora l’organizzazione batterica, che a sua volta porta a spostare in modo coerente gruppi batterici che causano infezioni”, ha detto Aronson. “I nostri risultati rivelano che i livelli di elasticità e viscosità del muco sono il motore principale del modo in cui le comunità batteriche si organizzano, il che può fornire informazioni su come possiamo controllare e prevenire l’invasione batterica nel muco”.
Aronson ha spiegato che il team si aspetta che il muco umano presenti proprietà fisiche simili, il che significa che i loro risultati sono rilevanti anche per la salute umana.
“L’inizio del movimento collettivo dei batteri e la loro interazione con il muco dovrebbero essere gli stessi del muco di mucca, maiale o umano poiché queste sostanze hanno proprietà meccaniche simili”, ha detto Aronson. “I nostri risultati hanno implicazioni per la salute umana e animale. Stiamo dimostrando che la viscoelasticità del muco può migliorare il movimento collettivo su larga scala dei batteri, che può accelerare la velocità con cui i batteri penetrano la barriera protettiva del muco e infettano i tessuti interni”.
L’altro coautore dell’articolo è Wentian Liao, un dottorando in ingegneria biomedica alla Penn State. La National Science Foundation ha sostenuto il lavoro.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
