venerdì 10 febbraio 2012

Il sublime inganno dei virus: quando si dice "mancanza di fosforo"

ResearchBlogging.org
I ricercatori del MIT (Massachusetts Institute of Technology) di Cambridge hanno scoperto che alcuni batteri fotosintetici, nella fattispecie gli ubiquitari cianobatteri dei generi Prochlorococcus e Synechococcus, che vivono nelle acque oceaniche - generalmente ambienti oligotrofici, ossia con scarsa circolazione di nutrienti -  sono oggetto di un raffinato inganno messo in atto dai virus che li attaccano (cianofagi): questi ultimi riescono ad attivare i geni dei batteri ospiti indisturbatamente, perché trasportano con sé materiale genetico proveniente dai batteri che li hanno ospitati in precedenza, apparendo così geneticamente come dei loro simili.
Prochlorococcus
Questo particolare tipo di relazione, che finora non era mai stata riscontrata, si verifica quando un virus inietta il proprio DNA nella cellula di un batterio che vive in una zona oceanica con scarsa quantità di fosforo che, come sappiamo, è uno dei nutrienti indispensabili per la vita. Tali batteri, stressati dalla scarsità di fosforo, subiscono un vero e proprio inganno da parte dei virus, i quali, trasportando con sé vari geni del batterio visitato in precedenza - tra cui quelli adibiti alla produzione di proteine utili alla captazione e successivo utilizzo del fosforo presente nell'ambiente - offrono solo apparentemente un aiuto al nuovo batterio: le proteine regolatrici di quest'ultimo, infatti, attivano i geni corrispondenti del DNA del virus penetrato in esso, utili a captare il fosforo, ma il fosforo così ottenuto viene principalmente utilizzato dal virus per supportare il processo di replicazione che riguarda il proprio DNA. Una volta completato il processo, i nuovi virus ottenuti dalla replicazione fuoriescono dalla cellula batterica, determinandone la dissoluzione, e il processo si ripeterà in nuove cellule.
Synechococcus
Un meccanismo del genere potrebbe essersi evoluto in risposta ad una pressione selettiva piuttosto marcata e tipica di ambienti con scarsa circolazione di composti contenenti fosforo, ma è senz'altro mirabile nonché complesso, in quanto i virus cianofagi devono aver evoluto nel tempo in qualche maniera la sensibilità di percepire lo stato di stress del batterio ospite, ed inglobare un quantitativo di DNA del batterio precedente si è rivelato particolarmente vantaggioso per sviluppare un sofisticato tipo di parassitismo, perché in effetti il batterio ne trae un beneficio solo istantaneo ed apparente.
Per capire quanto questo tipo di relazione potrebbe essere diffuso, basti pensare che i generi Prochlorococcus e Synechococcus, insieme, producono circa un sesto dell'ossigeno presente nell'atmosfera terrestre: essi infatti sono autotrofi, fanno fotosintesi e le loro piccole dimensioni (Prochlorococcus raggiunge 1 micron di diametro, mentre Synechococcus è leggermente più grande) rendono questi organismi la base della rete alimentare oceanica. Sono, in poche parole, la principale fonte di ossigeno per i viventi che popolano le acque degli oceani, per cui il peculiare modo che hanno i rispettivi virus (i cianofagi) di sfruttare questi cianobatteri per il loro ciclo biologico è senz'altro un meccanismo diffuso su vasta scala.
Cianofagi di Prochlorococcus
E' interessante anche notare che l'unica differenza a livello genetico tra le popolazioni di questi cianobatteri che vivono nell'Atlantico (in cui il processo descritto è particolarmente diffuso) e quelli che vivono nel Pacifico è imputabile alla differente quantità di fosforo presente nelle acque oceaniche: il Pacifico è più ricco di fosforo rispetto all'Atlantico, e infatti le popolazioni cianobatteriche viventi nell'Atlantico hanno sviluppato nel tempo un maggior quantitativo di geni specifici per la captazione di fosforo dall'acqua. La scarsità di fosforo può aver rappresentato una spinta evolutiva verso lo sviluppo di nuovi meccanismi di sopravvivenza, e molto probabilmente i cianofagi - il cui processo di replicazione necessita di elevate quantità di fosforo - si sono coevoluti insieme ai cianobatteri sfruttando un meccanismo che potesse soddisfare le proprie esigenze riproduttive, ma tale da potersi attuare soltanto grazie all'aiuto dei loro ospiti: l'attivazione dei geni coinvolti si verifica infatti soltanto una volta avvenuto l'ingresso del virus nella cellula batterica ospite, facilitata dal bisogno di fosforo del batterio. A quel punto, è il solo virus a trarne un vero e proprio guadagno.

Zeng, Q., & Chisholm, S. (2012). Marine Viruses Exploit Their Host's Two-Component Regulatory System in Response to Resource Limitation Current Biology, 22 (2), 124-128 DOI: 10.1016/j.cub.2011.11.055

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