Batteri mutanti hanno ricreato accidentalmente uno dei dipinti più iconici di Van Gogh

 

Batteri mutanti hanno ricreato accidentalmente uno dei dipinti più iconici di Van Gogh

La linea tra arte e scienza a volte è vorticosa. I ricercatori che studiano un batterio sociale che si muove e si nutre in sciami coordinati hanno involontariamente ricreato qualcosa che assomiglia molto a un capolavoro familiare.


Quando un certo gene viene sovraespresso in un batterio noto come Myxococcus xanthus, i singoli organismi si auto-organizzano in piccoli sciami circolari in poche ore.


Una volta che gli sciami risultanti sono colorati artificialmente, la scena appare notevolmente simile a La notte stellata di Van Gogh.


Batteri mutanti hanno ricreato accidentalmente uno dei dipinti più iconici di Van Gogh

Sopra: Una miscela di due ceppi di myxobacteria, uno che sovraesprime TraAB (giallo) e un altro che non è adesivo e non si inverte (blu) a x10 ingrandimento.


"Il nostro lavoro evidenzia come un batterio sociale, noto per le ricche fonti di prodotti naturali terapeutici e come agenti di biocontrollo delle colture, serve come un potente modello per studiare i comportamenti emergenti che mostrano anche la bellezza artistica", dice il microbiologo Daniel Wall della University of Wyoming.

Batteri mutanti hanno ricreato accidentalmente uno dei dipinti più iconici di Van Gogh

I batteri hanno la reputazione di essere egoisti, ma M. xanthus è descritto come un batterio sociale perché ha bisogno di trovare e riconoscere i parenti per sopravvivere. 


Dopo aver formato grossi grumi familiari, questo batterio a forma di asta è molto più bravo ad attaccare le sue prede per nutrirsi. Ogni cellula produce enzimi digestivi che facilitano l'alimentazione predatoria.


I ricercatori sono affascinati da questo comportamento sociale da anni, ma non abbiamo ancora un modello completo e ampiamente accettato per i loro complessi movimenti.


Nel 2017, Wall e i suoi colleghi hanno annunciato la scoperta di un singolo "interruttore" genetico responsabile dell'accensione e dello spegnimento di questo comportamento di raggruppamento.


L'interruttore controlla specificamente una sequenza proteica, nota come TraA, che fornisce un recettore di superficie per il batterio per riconoscere e attaccarsi al recettore partner, TraB, sul suo parente.


Una volta che si è incollato a un membro della famiglia attraverso questi due recettori (TraAB), il batterio può scambiare nutrienti e proteine con il resto del gruppo.


Quando lo sciame incontra il cibo, la ricerca di laboratorio mostra che gli organismi possono effettivamente mettere insieme i loro enzimi e metaboliti attraverso queste connessioni per dare il pugno più potente alla loro preda. 


Ma tutto questo cambia quando il team ha indotto i batteri mutanti a sovraesprimere le connessioni TraAB. Questa connessione è ciò che permette alle cellule di stare insieme in primo luogo, ma quando c'è troppa di questa 'colla sociale', lo sciame non può rompersi così facilmente per cambiare la sua forma o direzione.

Batteri mutanti hanno ricreato accidentalmente uno dei dipinti più iconici di Van Gogh

Sopra: Myxobacteria di un ceppo che sovraesprime TraAB (verde) e di un ceppo non adesivo e non invertente (rosso) con ingrandimento x4.


"Nelle normali cellule wild-type, vanno avanti e indietro, avanti e indietro, come un treno di pendolari", spiega il bioingegnere Oleg Igoshin della Rice University.


"La testa diventa la coda e la coda diventa la testa. E lo fanno ogni 8 minuti circa".


Una sovraespressione di TraAB, tuttavia, sembra impedire allo sciame di passare dalla testa alla coda e viceversa.


Questo è ciò che i modelli computazionali suggerivano che sarebbe successo, ma gli autori non riuscivano ancora a capire perché. Per quanto ne sapevano, la connessione TraAB non era direttamente coinvolta nella regolazione dei movimenti dello sciame, solo la sua viscosità.


In definitiva, il team sospettava che la qualità appiccicosa di TraB stesse indirettamente impedendo allo sciame di cellule di cambiare direzione.


"La nostra idea era che forse c'è una sorta di segnale dipendente dal contatto tra le cellule che sopprime le inversioni", spiega Igoshin.


"Le cellule sono in gruppi densi e sono sempre in contatto con altre, ma questi contatti sono transitori. Ma se la sovraespressione di TraAB ti rende davvero appiccicoso, il tuo vicino rimarrà il tuo vicino più a lungo, e questo potrebbe innescare il segnale che sopprime le inversioni".

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Sopra: Due ceppi di myxobacteria che sovraesprimono diversi tipi di recettori TraA (rosso e verde) che aderiscono a se stessi ma non tra loro.


Eseguendo questo scenario in modelli computazionali, gli autori sono stati in grado di verificare la loro intuizione. Con solo modifiche alla connessione TraAB, i soliti sciami testa-coda sono diventati improvvisamente vortici rotanti di cellule, grandi come un millimetro o più.


Ulteriori esperimenti in laboratorio hanno poi confermato che questo accadeva anche ai batteri nella vita reale. In particolare, i vortici possono verificarsi quando un ceppo sovraesprime la viscosità, ma anche quando un ceppo è geneticamente modificato per essere direttamente "non invertito".


Il risultato non è solo una migliore comprensione di come milioni di cellule coordinano i loro movimenti, è anche un quadro ipnotico del mondo microbico.


Lo studio è stato pubblicato su mSystemswww.sciencealert.com



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