Un orologio molecolare per i batteri dell’intestino

Le alterazioni dell’equilibrio del microbiota possono favorire l’insorgenza di malattie e, in generale, incidere sull’equilibrio dell’organismo. Oggi è possibile registrare l’andamento temporale di queste alterazioni.
Sara Mohammad, 28 Ottobre 2019
Micron
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Comunicazione della scienza e neuroscienze

Le alterazioni a cui vanno incontro i miliardi di batteri che popolano il nostro intestino possono favorire l’insorgenza di malattie caratterizzate da uno stato di infiammazione cronica. Lunghi periodi di stress, la presenza di disfunzioni metaboliche, l’assunzione di antibiotici ed eventuali cambiamenti del regime alimentare sono alcuni tra i fattori che interferiscono con l’equilibrio del microbiota, alterando direttamente la crescita dei batteri e, indirettamente, il corretto funzionamento dell’organismo.

Per registrare l’andamento temporale di queste alterazioni oggi è possibile utilizzare un repressilator 2.0, un avanzato circuito di geni la cui espressione si influenza a vicenda. Il nuovo repressilator, sintetizzato e testato nei laboratori della Scuola di medicina di Harvard, può essere implementato in una sola cellula e consente di ricavare la fase di crescita di una popolazione di batteri dopo aver analizzato al microscopio la struttura circolare che si ottiene (motivo per cui è stato nominato RINGS, cioè Repressilator-based INference Growth at Single-cell level).

I repressilator sono già utilizzati per studiare i processi biologici che si svolgono con una certa periodicità, come l’espressione dei geni che regolano le funzioni cellulari con ritmo circadiano. Ma la novità del lavoro coordinato da Pamela Silver, che all’università di Harvard dirige il Laboratorio di biologia sintetica e dei sistemi, è aver messo a punto un protocollo sperimentale che funziona anche nelle comunità batteriche più complesse (come quelle che vivono all’interno dell’intestino), la cui composizione può subire profondi cambiamenti nel tempo, nello spazio e anche tra un individuo e l’altro.

Il repressilator descritto sulle pagine di Nature Communications è costituito da tre geni – tetR, cl e lacI – e dalle rispettive tre proteine, che bloccano ognuna l’espressione degli altri due geni. Dopo aver introdotto il complesso di geni in un batterio, è possibile calcolare il numero delle generazioni future che da esso derivano analizzando il livello di espressione del network genetico. A ogni divisione, infatti, la quantità dimezzata di proteine che riceve ogni cellula figlia resetta il pattern di interazioni che regolano l’espressione dei tre geni, innescando un pattern differente rispetto a quello presente nella cellula madre.

Grazie al fatto che il ciclo si ripete ogni quindici generazioni di batteri indipendentemente dalla velocità a cui si susseguono le divisioni, Silver e colleghi sono riusciti a ottenere un vero e proprio “orologio” molecolare, che permette di scattare un’istantanea accurata di come varia il tasso di crescita del microbiota intestinale in risposta a determinati stimoli.

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