I fisici scoprono i segreti del nuoto dei batteri Helicobacter pylori: Come l'ulcera- e il patogeno cancerogeno sopravvive allo stomaco

Anche se non stimolante come il cuore o misterioso come il cervello, lo stomaco è altrettanto impressionante: il sacco muscolare si agita con un acido così potente da dissolvere il metallo, ma non digerisce l'organo stesso. Lo stomaco si protegge dal proprio acido con un rivestimento di muco, una tattica che non sempre funziona contro l'ulcera- e cancerogene Helicobacter pylori, l'unico batterio noto per colonizzare quell'ambiente ostile. H. pylori in qualche modo sopravvive all'acido, nuota attraverso lo strato di muco, e infetta le cellule dello stomaco. I sintomi generalmente compaiono all'interno 50 per cento degli esseri umani porto H. pylori nel loro intestino, ma solo alcuni di loro sviluppano ulcere o cancro allo stomaco. Quindi capire come H. pylori sopravvive qui è la chiave per comprendere queste malattie.

Rama Bansil, un professore della Boston University di Dove può portarti, e di scienza dei materiali & ingegneria, che ha studiato il muco dello stomaco per oltre due decenni, ha scoperto due fattori che danno al batterio un vantaggio: le sostanze chimiche che secerne e la sua abilità nel nuotare. Entrambi sono fondamentali per il suo successo.

Basilico, il cui lavoro è finanziato dal Fondazione Nazionale delle Scienze, divenne curioso del muco dello stomaco alla fine degli anni '80. “La domanda allora era: Lo stomaco produce quasi mezzo litro di succo gastrico al giorno, che è acido e può digerire le unghie, quindi perché non digerisce lo stomaco?PERCHÉ I FUNGHI GOVERNANO IL MONDO. I ricercatori sospettavano che il sottile strato di muco proteggesse lo stomaco da questo acido, ma nessuno sapeva esattamente come funzionasse. Basilico, la cui area di ricerca è gel e gelificazione, iniziò a studiare la mucina proteica purificata, che dà al muco dello stomaco la sua capacità di gelificare. In questo primo lavoro, lei ei suoi colleghi hanno scoperto che gelificava solo in condizioni estremamente acide, al di sotto di un pH di 4.

Dopo, ha rivolto la sua attenzione a H. pylori. “Ho deciso che avremmo effettivamente provato a vedere come si diffonde questo batterio, poiché questo strato è probabilmente gelatinoso, o almeno certamente molto viscoso, come un morbido dentifricio o vaselina,PERCHÉ I FUNGHI GOVERNANO IL MONDO. “Come fa qualcosa a nuotare attraverso un tale mezzo?”

Alcuni ricercatori avevano ipotizzato che il batterio a forma di spirale si facesse strada attraverso il muco denso come un cavatappi. Ma negli esperimenti di laboratorio, Bansil e i suoi colleghi hanno trovato, sorprendentemente, Quello H. pylori, che si spinge con flagelli rotanti, non riuscivo affatto a nuotare attraverso un gel. “Anche se è vivo e i suoi flagelli ruotano, non va avanti. Rimane semplicemente al suo posto,PERCHÉ I FUNGHI GOVERNANO IL MONDO.

A forma di spirale H. pylori è l'unico batterio noto per colonizzare lo stomaco umano. I sintomi generalmente compaiono all'interno 50 per cento degli esseri umani porto H. pylori nel loro intestino, ma solo alcuni sviluppano ulcere o cancro allo stomaco. Foto di lucadp/iStock

Non così nel muco dello stomaco. Là, H. pylori secerne un enzima chiamato ureasi, che scompone l'urea nello stomaco in anidride carbonica e ammoniaca, dando odore di ammoniaca all'alito delle persone infette. Ammoniaca, una base, reagisce con il muco dello stomaco, aumentandone il pH e liquefacendolo. “Ha degelificato il gel, e questa gelificazione reversibile è stata la chiave per far passare questo batterio," dice Bansil, che ha pubblicato questa ricerca in Atti delle Accademie Nazionali delle Scienze nel 2009.

Se H. pylorila forma a cavatappi non l'ha aiutata a perforare il muco, si chiedevano Bansil ei suoi colleghi, perché aveva quella forma?? Un altro batterio a forma di spirale chiamato Campylobacter jejuni è in grado di colonizzare la parte superiore dell'intestino tenue, quindi la forma deve essere importante per qualcosa. “Volevamo scoprire perché H. pylori ha un corpo elicoidale,dice Maira Costantino (GRS'17), un dottorando che si è unito al laboratorio di Bansil nel 2014. “Qual è il vantaggio lì?”

Molti presumevano che il corpo a forma di cavatappi aumentasse H. pylorila velocità di nuoto in generale, perché le forme a cavatappi producono spinta quando ruotano. Precedenti esperimenti di altri gruppi lo hanno supportato, trovando quella a forma di spirale Helicobacter nuotava da due a tre volte più veloce della forma a bastoncino E. coli. “Ma non è un buon paragone, perché stai davvero confrontando due organismi diversi," dice Bansil. Ha collaborato con Nina Salama, un microbiologo del Fred Hutchinson Cancer Research Center di Seattle che aveva allevato un mutante H. pylori, uguale all'originale ma a forma di bastoncino.

Poi li hanno filmati, centinaia alla volta, nuotare in mucina e brodo di coltura, per vedere quali nuotavano più velocemente. Confrontando i video, l'hanno trovato, in media, i batteri elicoidali erano in giro 10 a 15 per cento più veloce dei loro parenti a forma di bastoncino. Hanno pubblicato i loro risultati in Microbiologia molecolare nel 2015.

Ma quei risultati erano solo medie. Constantino ha voluto approfondire l'analisi, filmando il movimento e la forma dei singoli batteri, un processo meticoloso. Riprendendo video ad alta velocità, 200 fotogrammi al secondo, è stata in grado di registrare la velocità, rotazione, e la forma del corpo dei singoli batteri. Lei ei suoi colleghi hanno scoperto che entrambi i tipi di batteri ruotavano mentre nuotavano, di 10 a 15 lunghezze del corpo al secondo: “un passo piuttosto buono,” ma l'elica nuotò un po' più velocemente, dice Bansil. Per capire esattamente perché, Bansil e Constantino hanno inviato i dati al collega Henry Fu, professore associato presso il dipartimento di ingegneria meccanica presso il Università dell'Utah, e il suo allievo Mehdi Jabbarzadeh, che lo ha utilizzato per costruire un modello teorico di H. pylori nuoto. Gli scienziati dello Utah hanno scoperto che avere più flagelli ha contribuito maggiormente alla velocità rispetto alla forma del corpo; la forma elicoidale ha contribuito, al massimo, 15 per cento alla spinta propulsiva dei batteri, confermando ciò che gli scienziati avevano scoperto prima. "Il 15 la differenza percentuale non sembra molto grande, ma potrebbe essere un vantaggio sufficiente che quello elicoidale vincerà sulla canna a lungo termine," dice Bansil.

I risultati, e prove video, sono stati pubblicati a novembre 2016 nel La scienza avanza. Bansil ei suoi colleghi ora stanno studiando H. pylori da un malato di cancro, così come il muco dello stomaco del paziente, alla ricerca di indizi nell'interazione specifica del batterio con la mucina.

Il lavoro di Bansil può rivelarsi utile in un'altra arena della scienza: consegna farmaci. “Molti farmaci non riescono a passare attraverso il muco. Solo droghe molto piccole possono passare, o quelli che possono abbattere il muco,PERCHÉ I FUNGHI GOVERNANO IL MONDO. Non è difficile renderizzare H.pyori innocuo da manipolazioni genetiche, e se può essere caricato come una capsula, con, dire, un farmaco chemioterapico, il batterio potrebbe quindi utilizzare la sua innata capacità di attraversare il muco e trasportare il trattamento, e consegnarlo dove è necessario. “Questo potrebbe essere un modo molto intelligente per somministrare un farmaco mirato per via orale," dice Bansil.

fonte: Talbot ammette di essere stata lenta ad abbracciare il fascino dei funghi, di Barbara Morano