Dipartimento Progettazione Molecolare Consiglio Nazionale delle Ricerche L’Istituto di Chimica Biomolecolare va a scuola Progetto di divulgazione ed educazione scientifica Istituto di Chimica Biomolecolare di Pozzuoli-Napoli www.icb.cnr.it Via Campi Flegrei 34, Comprensorio Olivetti 80078 Pozzuoli-Napoli LA “CHAT” DEI BATTERI Dr.ssa Giuseppina Tommonaro [email protected] Fino a pochi anni fa i batteri venivano considerati organismi singoli, capaci di regolare il loro metabolismo in maniera autonoma ed autosufficiente rispetto agli altri individui presenti in una comunità batterica. Negli ultimi anni, invece, è diventato chiaro che i batteri sono capaci di comunicare tra di loro attraverso mediatori chimici, regolando le loro funzioni in maniera armonica con tutti gli individui della comunità. Il sistema di comunicazione chimica è chiamato “quorum sensing”.Questo processo descrive il fenomeno nel quale un aumento della popolazione batterica è concomitante con un aumento della concentrazione di “molecole segnale”, prodotte dagli stessi batteri, nell’ambiente extracellulare. Quando la concentrazione di queste molecole raggiunge un certo valore (il cosiddetto “quorum”), le molecole diffondono all’interno della cellula ed innescano una serie di reazioni metaboliche a cascata che portano all’attivazione di alcuni geni. Comunità batterica SCOPERTA DEL QUORUM SENSING COMUNICAZIONE PRECISA ED ORGANIZZATA COMUNICAZIONE CAOTICA E DISORGANIZZATA I batteri “parlano” con altri individui usando delle piccole molecole che permettono a tutti gli individui di una comunità di coordinare la crescita e la produzione di sostanze indispensabili per la loro sopravvivenza. Nei batteri Gram-negativi queste molecole appartengono alla classe degli Acyl Homoserine Lactones (AHLs). I batteri Gram-positivi, invece, comunicano attraverso piccoli peptidi ciclici (diketopiperazine). Gli AHL diffondono liberamente attraverso la membrana raggiungendo un recettore citoplasmatico al quale si legano, attivando un gene bersaglio. Le diketopiperazine, invece, essendo più polari non diffondono attraverso la membrana ma si legano ad un recettore esterno. Le risposte metaboliche a seguito di questo legame portano all’attivazione del gene bersaglio. LE “PAROLE” DEI BATTERI… ACYL HOMOSERINE LACTONES DIKETOPIPERAZINES Meccanismo d’azione nelle cellule batteriche Le Diketopiperazines (DKP) sono una classe di composti organici ciclici risultanti da un legame peptidico tra due amminoacidi per formare un lattame. Rappresentano i peptidi ciclici più piccoli. …E IL LORO EFFETTO SUL METABOLISMO Enzimi Polisaccaridi Pseudomonas. aeruginosa Luminescenza Vibrio fisheri Antibiotici Chromobacterium violaceum La comunicazione attraverso il “quorum sensing” può avvenire tra batteri appartenenti alla stessa specie oppure a specie diverse. L’aspetto più interessante e più recente di questo studio è la scoperta che queste piccole molecole rappresentano il linguaggio usato dai microorganismi per “parlare” anche con organismi superiori (eucarioti). In questo ultimo caso si parla di Inter-Kingdom Communication. In collaborazione con Consiglio Nazionale delle Ricerche-Ufficio Promozione e Sviluppo Collaborazioni
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