Le battaglie invisibili tra batteri e virus sono una parte fondamentale della vita microbica, e le strategie di difesa dei batteri sono sorprendenti quanto sofisticate. Recentemente, due studi pubblicati su Science hanno rivelato un innovativo e inaspettato meccanismo di difesa batterico contro i virus, che è stato descritto come un “meccanismo molecolare pazzo”. Questa scoperta non solo sfida le nozioni tradizionali sulla genetica, ma potrebbe anche aprire nuove strade per la biotecnologia e la medicina. Esploriamo come i batteri utilizzano un gene sconosciuto per combattere le infezioni virali e cosa significa questa scoperta per la nostra comprensione della genetica e della biologia molecolare
Il nuovo gene dei batteri: “neo” e il meccanismo molecolare pazzo
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I batteri, come tutti gli organismi viventi, possono essere attaccati da virus specifici chiamati fagi. Questi, li infettano e li distruggono. Per difendersi dagli attacchi, alcuni batteri hanno evoluto meccanismi di difesa avanzati.
Recentemente, i ricercatori hanno scoperto un nuovo gene in alcuni batteri, soprannominato “neo” perché non era stato precedentemente identificato nel repertorio genetico noto. Questo gene produce una proteina in grado di ostacolare l’ingresso e la replicazione dei fagi all’interno delle cellule batteriche.
Aude Bernheim, una microbiologa dell’Istituto Pasteur di Parigi, ha commentato che i documenti riguardanti questa scoperta sono di alta qualità.
Inoltre, ha sottolineato che le prove presentate sono molto convincenti.
Questa scoperta è significativa perché non solo sfida le idee preesistenti sulla genetica dei batteri, ma suggerisce anche che potrebbero esistere geni simili e finora sconosciuti in altri organismi, compresi gli esseri umani. Ma cerchiamo di capire il meccanismo molecolare alla base di questo fenomeno.
La trascrittasi inversa: un enzima chiave nella difesa batterica
Il meccanismo riguarda un enzima chiamato “trascrittasi inversa”, noto principalmente per il suo ruolo nei virus come l’HIV e i virus che causano tumori. Questo enzima ha una capacità unica: può invertire il normale flusso di informazioni genetiche. Di solito, l’informazione va dal DNA all’RNA, ma la trascrittasi inversa può trasformare l’RNA in DNA.
Recentemente, i ricercatori hanno scoperto che i batteri utilizzano questo enzima in un modo sorprendente per difendersi dai virus chiamati fagi. Invece di copiare semplicemente l’RNA in DNA, la trascrittasi inversa nei batteri crea molte copie dello stesso segmento di DNA. Questo fenomeno è descritto come se l’enzima stesse “suonando una canzone in ripetizione“, creando centinaia di copie identiche della stessa sequenza genetica.
Il ricercatore Stephen Tang ha spiegato che inizialmente questo comportamento insolito dell’enzima era difficile da comprendere. Tuttavia, è ormai chiaro che ogni copia del DNA contiene due frammenti di una regione chiamata promotore, posti alle estremità opposte della sequenza. Quando questi frammenti si uniscono, formano un promotore completo e funzionante. Questo promotore è fondamentale perché avvia la produzione di una proteina antivirale.
In sintesi, il batterio sfrutta la trascrittasi inversa per generare numerose copie di un segmento di DNA che contiene le istruzioni per produrre una proteina capace di combattere i virus. Questo processo non solo permette ai batteri di difendersi meglio dagli attacchi virali, ma dimostra anche un uso sorprendente e innovativo di un enzima normalmente associato ai virus.
Meccanismo molecolare “pazzo”: un sistema di difesa adattivo
La proteina prodotta dal gene neo ha un ruolo cruciale nella difesa contro i fagi: essa induce una sorta di “dormienza” nelle cellule batteriche, impedendo così ai virus di replicarsi. Tang osserva: «Se l’host si spegne, il virus non ha risorse per essere in grado di replicarsi». Tuttavia, l’attivazione di questo sistema non è continua ma avviene solo in situazioni di crisi, suggerendo che la proteina potrebbe essere troppo potente e potrebbe anche bloccare le cellule sane se prodotta in eccesso.
Perché è così importante la scoperta?
Questa scoperta ha implicazioni significative per la genetica e la biotecnologia.
«Questo sistema di costruzione genetica fai-da-te non è stato dimostrato in natura prima e potrebbe aprire la strada a potenziali applicazioni». A sostenerlo, Irina Arkhipova, genetista evolutiva molecolare.
La possibilità di utilizzare questo meccanismo per ingegnerizzare nuove proteine o per comprendere meglio i processi di difesa cellulare potrebbe rivoluzionare il campo della biologia molecolare. Circa il 5% dei batteri possiede questo sistema difensivo, e Bernheim suggerisce che potrebbe essere più diffuso di quanto si pensi.
«Se i batteri in qualche modo lo gestiscono, forse anche altri organismi lo gestiscono».
Tang e i suoi colleghi stanno esplorando la possibilità che un sistema simile esista anche nelle cellule umane.
Il che potrebbe portare a nuove scoperte e applicazioni nel trattamento di malattie virali e genetiche.
La scoperta di questo meccanismo molecolare innovativo arricchisce la comprensione dei meccanismi di difesa batterici. Potrebbe anche influenzare le future ricerche e applicazioni in biotecnologia.