Rivelare le fasi iniziali di una simbiosi tra microbo e organismo ospitante
È risaputo che i microbi simbiotici protettivi sono componenti diffusi del microbiota vegetale, animale e umano. Ad esempio, nelle mosche i batteri ereditati producono tossine che riducono la fecondità dei parassiti, mentre nelle piante di cacao i microbi protettivi riducono l’impatto esercitato dagli agenti patogeni fungini delle foglie. Essi vengono utilizzati anche negli esseri umani per trattare le malattie infettive rappresentando la base dei trapianti fecali, nei quali i microbi delle feci di individui in condizioni di salute vengono trapiantati nell’intestino dei pazienti malati. Dato che i microbi sono in grado di evolversi abbastanza rapidamente, è possibile che i microbi simbiotici impegnati a difendere gli organismi ospitanti più longevi, ad esempio i mammiferi e gli alberi, si sviluppino e contrastino l’infezione più velocemente rispetto a questi ultimi. «Abbiamo verificato se i microbi potessero prendere il controllo nella gara di co-evoluzione con gli agenti patogeni», spiega Kayla King(si apre in una nuova finestra), docente di Ecologia evolutiva presso l’Università di Oxford(si apre in una nuova finestra) e coordinatrice del progetto COEVOPRO, che è stato sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra) (CER). «Ho dimostrato(si apre in una nuova finestra) che i microbi possono evolversi in pochi giorni al fine della protezione, offrendo la possibilità che le difese mediate dai microbi prendano il posto degli organismi ospitanti nella lotta contro gli agenti patogeni nel corso del tempo evolutivo», aggiunge King. In questo modo, i simbionti difensivi potrebbero risultare più efficaci dei sistemi immunitari dell’organismo ospitante stesso. Il progetto ha inoltre verificato il modo in cui questo processo potrebbe funzionare nel caso in cui i simbionti difensivi siano tra i tanti all’interno di un microbiota complesso dell’organismo ospitante, chiedendosi se questi effetti protettivi sarebbero diminuiti.
Una nuova interazione tra nematodi e microbi per comprendere come nascono le relazioni simbiotiche
Per esplorare le modalità con cui la simbiosi protettiva si sia evoluta da zero, il team ha preso in considerazione nematodi e microbi. Finora, nell’esaminare le simbiosi protettive, la ricerca ha tratto conclusioni basate su esempi consolidati, una modalità che non affronta il problema del modo in cui tale simbiosi si verifichi. Poiché i vermi nematodi e i microbi utilizzati per i progetti non si trovano insieme in natura, il progetto ha deciso di sceglierli in qualità di soggetti, facendo interagire per la prima volta le specie in contesto laboratoriale.
Come si evolve la protezione dei batteri simbiotici?
COEVOPRO ha studiato l’evoluzione dell’organismo ospitante e dei batteri simbiotici facendo passare le varianti «di successo», gli organismi ospitanti sopravvissuti all’infezione e i batteri simbiotici che hanno colonizzato tali organismi. «L’evoluzione sperimentale è un metodo consolidato che permette di analizzare in modo controllato cosa influisce sulla velocità e sul modello delle interazioni tra le specie», osserva King. Il team ha scoperto che i microbi difensivi possono modellare le modalità di interazione tra gli organismi ospitanti e gli agenti patogeni nel corso delle generazioni. I ricercatori hanno individuato che si evolve un tratto di tali organismi chiamato «tolleranza», in base al quale essi affrontano l’infezione patogena piuttosto che eliminarla, perché i microbi difensivi riducono l’impatto virulento dell’infezione stessa. «Abbiamo quindi scoperto che, per infettare con successo, gli agenti patogeni si sono evoluti reciprocamente al fine di contrastare la protezione microbica, piuttosto che le difese basate sull’organismo ospitante; di conseguenza, questi risultati ci dicono che i microbi difensivi hanno costituito il fattore principale che ha plasmato l’evoluzione di patogeni e organismi», una scoperta che King ha esposto in un articolo(si apre in una nuova finestra) pubblicato sulla rivista «Current Biology». La protezione si associa a costi e benefici, essendo pertanto un compromesso: «Abbiamo rilevato che la protezione e i costi dei simbionti sono non sono altro che un gioco di numeri. Abbiamo scoperto(si apre in una nuova finestra) che un maggior numero di cellule microbiche protettive all’interno di un verme ospitante può conferire un maggior grado di protezione dagli agenti patogeni, ma anche maggiori costi in termini di salute dell’organismo ospitante stesso.» King è convinto che il sostegno del CER ha fatto la differenza per il suo progetto. «È stato un onore ricevere una sovvenzione di avviamento del CER: mi ha dato l’opportunità di lavorare con colleghi brillanti e di comprendere in maniera migliore i microbi con funzioni protettive. Le implicazioni di queste difese contro le malattie infettive sono numerose ed entusiasmanti», conclude l’esperta.
