Alla ricerca delle basi molecolari del batterio primatista di velocità

Come i batteri, gli archaea si trovano in una vasta gamma di habitat, anche all'interno dei corpi umani (ad esempio intestino), ma a differenza dei batteri non ci sono ad oggi evidenze di un loro coinvolgimento in malattie.

Il termine microbo è quanto di più ampio si possa immaginare e racchiude di fatto tutti i microorganismi unicellulari e non (ad esempio i virus che come scritto in precedenza proprio organismi non sono). Tra questi abbiamo protozoi, funghi e batteri. Anche immaginando di limitarsi ai soli batteri la dicitura è quanto meno generica dato che sono suddivisi in due regni (Archea e Bacteria) tanto diversi tra loro quanto un "batterio" propriamente detto lo è da una cellula eucariote. Maggiori dettagli nel precedente articolo "Alla ricerca di LUCA...",

Gli archaea, noti principalmente per essere presenti in ambienti, che definire estremi è riduttivo (dalle sorgenti bollenti a luoghi iperalcalini, etc), annoverano tra i loro membri anche campioni di velocità, grazie alla dotazione di un filamento a forma di spirale (sul tipo del flagello batterico) chiamato archaellum. 

L'esemplare di cui si tratta oggi è il Methanocaldococcus villosus, una specie che si trova vicino a vulcani sottomarini al largo dell'Islanda, dove la temperatura dell'acqua può raggiungere circa 80°C, che può nuotare a una velocità pari 500 lunghezze del corpo al secondo. Date le dimensioni di 1 micrometro, questo equivale a 0,5 mm/sec.

Nota. Se pensate che 80 C siano tanti, il vero campione di resistenza è stato trovato a 2500 metri sotto il fondale oceanico, nei pressi di una zona di subduzione. Qui le temperature possono arrivare a 120 C e una pressione di 55 MPa..

M. villosus (credit: microbewiki)

Cosa sarà mai meno di 1mm/sec vi chiederete, ma basta pensare che la velocità di un ghepardo è circa 20 lunghezze del corpo al secondo per estrapolare che se M. villosus avesse le stesse dimensioni si muoverebbe a circa 3 mila chilometri all'ora!

Per comprenderne la "meccanica" è necessario esaminare il suo organo propulsore, l'archaellum. Lo studio più recente risale a poche settimane fa e si è basato sull'analisi al microscopio crioelettronico, la cui capacità di risoluzione è a livello atomico.

Immagine al computer che evidenzia in primo piano (blu e arancione) le due subunità alternate che formano l'archaellum. Sullo sfondo sono invece raffigurate i vari M. villosus.
Image Credit: Università di Exeter

L'archaellum e i flagelli batterici hanno la stessa funzione, far muovere la cellula in un processo che parte dal complesso motorio, dove viene generata la coppia che viene poi trasmessa al filamento. Il filamento batterico del flagello cambia conformazione a causa delle sue subunità costituenti che commutano tra due stati discreti, uno lungo e l'altro corto. Come funzioni l'archaellum è invece poco compreso.

Dallo studio ora pubblicato è emerso che l'elica del M. villosus è il risultato dell'assemblaggio di alcune migliaia di copie di due proteine ​​alternate e non di una, come studi su altri organismi avevano fatto intendere; una architettura (e conseguente assemblaggio) più complessi dell'atteso.

L'archaellum ruota, spinto da un motore intracellulare alimentato ad ATP, che genera la coppia. Per propagare il movimento lungo la sua lunghezza, il filamento passa da un filamento curvo nelle cellule a riposo ad una conformazione a uperelica rotante quando le cellule nuotano. La struttura eteropolimerica ha il vantaggio di una maggiore flessibilità conformazione che rende la trasmissione della coppia più efficiente.

Modificazioni post-traduzionali come la glicosilazione giocano un ruolo chiave nell'assemblaggio e nella motilità del filamento. Si ritiene che la glicosilazione aumenti la resilienza negli habitat acidi, nonché la stabilità termica in modo direttamente proporzionale al grado di glicosilazione. Caratteristiche essenziali queste dato che M. villosus prospera a una temperatura ottimale di 80 °C (l'intervallo di temperature in cui vive oscilla tra 55 e 90 °C) il che suggerisce che questo organismo vari la glicosilazione del filamento prodotto a seconda delle condizioni in cui viene a trovarsi.

Video di qualche anno fa quindi mancante dei dati presentati nello studio appena pubblicato

Lo studio ha sia valenza scientifica nel campo della biologia dei microorganismi che in ambito  tecnologico: in un prossimo futuro si potrebbero infatti progettare dispositivi micro-robotici per la somministrazione di farmaci, il cui motore potrebbe sfruttare quanto appreso dalla ricerca sull'archaellum.

Fonte

- An archaellum filament composed of two alternating subunits

Lavinia Gambelli et al, Nature Communications, 7 February 2022