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I batteri possono crescere in presenza di antibiotici
I batteri possono crescere in presenza di antibiotici
Gli antibiotici sono molecole che vengono usate per trattare le infezioni batteriche. Funzionano interferendo con processi essenziali per la crescita della cellula e inducono la morte cellulare. Gli antibiotici che usiamo in clinica sono spesso derivati da prodotti naturali, isolati studiando le interazioni tra diverse specie microbiche. È stato ipotizzato che i batteri e altri microbi producano molecole non solo per uccidere i loro concorrenti, ma anche per comunicare con loro. Come comunicano i microbi? Cosa si dicono l'un l'altro?
I microbi (lieviti, batteri, virus, archei, parameci, amebe, alghe...) vivono in comunità complesse che possono essere associate a un ospite come una pianta o un animale. Mentre crescono e utilizzano i nutrienti che trovano nel loro ambiente, producono molecole che possono essere utili o addirittura essenziali per la crescita di altri microbi. Tuttavia, alcune di queste comunità microbiche sono anche in competizione tra loro per i nutrienti e altre risorse e quindi hanno interesse a limitare la crescita dei loro vicini, senza necessariamente ucciderli.
I batteri hanno quindi evoluto meccanismi per continuare a crescere in presenza di basse concentrazioni di antibiotici, concentrazioni che non sono abbastanza alte da ucciderli ma che comunque perturbano specifici processi cellulari. È importante capire come avviene questo adattamento perché le concentrazioni di antibiotici possono variare nello spazio e nel tempo all'interno del corpo di un paziente e i batteri che si sono adattati a crescere a concentrazioni subletali di antibiotici possono quindi avere una migliore possibilità di sopravvivere quando la concentrazione di antibiotici viene aumentata.
Regolazione de l'espressione dei geni e replicazione del DNA
Regolazione de l'espressione dei geni e replicazione del DNA
Uno dei nostri risultati recenti proviene dallo studio della regolazione dell'espressione dei geni da parte della proteina DnaA.
La proteina DnaA è responsabile dell'inizio della replicazione del DNA all'origine (oriC). Tuttavia, ha anche un'altra funzione: la regolazione dell'espressione di una serie di geni che codificano proteine importanti per il processo di replicazione del DNA. Una di queste proteine è un enzima chiamato ribonucleotide reduttasi, o RNR, che crea i mattoni del DNA.
Abbiamo purificato il DnaA da altre proteine batteriche e lo abbiamo mescolato con il frammento di DNA che contiene la sequenza regolatrice del gene (il promotore). Abbiamo osservato che quando la DnaA era a basse concentrazioni, si legava a una piccola regione, con il suo sito specifico determinato dalla sequenza del DNA (le caselle nere sulla destra). Man mano che la concentrazione di DnaA aumentava, una regione più grande del DNA veniva legata. Questi sono i siti di affinità più deboli.
La proteina DnaA può formare strutture multimeriche (vedi il fumetto nell'immagine a destra) che le permettono di coprire grandi regioni di DNA e quindi di impedire all'enzima RNA polimerasi di riconoscere il sito di inizio della trascrizione (frecce rosse). Abbiamo dimostrato che a volte non ci sono abbastanza proteine nella cellula per formare queste strutture di ordine superiore. Quando solo poche molecole di DNA si legano ai siti di maggiore affinità, possono avere l'effetto opposto sulla trascrizione, e in realtà aiutano la RNAP a trovare il posto giusto per legarsi (frecce verdi).
Abbiamo anche dimostrato che la formazione di multimeri di DnaA è dipendente dalla temperatura, il che può spiegare perché il gene DnaA è espresso maggiormente quando la temperatura diminuisce (linea rossa tratteggiata).
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