I batteri combattono e banchettano con lo stesso strumento
Molti tipi di batteri producono un complesso proteico che inietta tossine nelle cellule vicine per eliminare i concorrenti. Per la prima volta, i ricercatori del Politecnico di Zurigo e dell'Eawag hanno scoperto che questi batteri killer usano quest'arma anche per nutrirsi dei loro vicini.
Anche i piccoli organismi possono essere brutali: non solo eliminano i potenziali concorrenti per le risorse, ma usano anche i loro vicini come fonte di nutrimento. È questa la conclusione a cui è giunto un gruppo internazionale di ricercatori del Politecnico di Zurigo, dell'Istituto federale di scienze e tecnologie acquatiche (Eawag) e con il contributo di altre istituzioni. I ricercatori hanno appena pubblicato i loro risultati sulla rivista Science.
Lancia con punta avvelenata
I ricercatori si sono resi conto del comportamento dei batteri quando hanno osservato al microscopio due specie distinte di batteri marini a forma di bastoncino in minuscole camere di crescita. "Abbiamo notato che le cellule di una specie iniziavano a disintegrarsi quando entravano in contatto con le cellule dell'altra specie", spiega Astrid Stubbusch, prima autrice dello studio e dottoranda presso il gruppo di Ecologia dei sistemi microbici del Politecnico di Zurigo e dell'Eawag e il gruppo di Geobiologia del Politecnico di Zurigo.
Sebbene entrambe le specie appartengano allo stesso genere di batteri Vibrio, una di esse produce uno speciale sistema di secrezione noto come sistema di secrezione di tipo 6 (T6SS) - un'arma altamente sofisticata che i batteri usano per combattere altri batteri per le risorse.
Martin Ackermann, professore di Ecologia dei sistemi microbici al Politecnico di Zurigo e all'Eawag, immagina il T6SS come una lancia con la punta avvelenata. I batteri predatori lanciano la lancia. Penetra nella cellula vicina, ma non provoca lesioni mortali. "È il veleno che la lancia porta nella cellula vicina a ucciderla", spiega Ackermann. Le stesse cellule killer sono immuni al veleno. "Anche le cellule della stessa specie si sparano a vicenda senza uccidersi".
Le cellule affamate si nutrono lentamente
In laboratorio, il team di ricerca ha studiato come le differenze nella disponibilità di nutrienti influenzassero il comportamento dei batteri. In condizioni sperimentali ricche di alginato - una fonte di carbonio che può essere consumata solo dalle cellule vittima, ma non da quelle killer - i ricercatori hanno osservato che le cellule vittima, ben nutrite, cambiavano forma e rilasciavano lentamente il loro contenuto per essere consumate dalle cellule killer. Quando sia le cellule killer che quelle vittima erano ben nutrite, le cellule vittima scomparivano rapidamente, poiché il loro contenuto cellulare si dissolveva rapidamente nell'ambiente.
"Questa differenza nel tempo di dissoluzione potrebbe significare che le cellule killer caricano le loro lance con tossine diverse", spiega il coautore Glen D'Souza. Quando le cellule killer trovano cibo nel loro ambiente, uccidono le cellule vittime eliminando rapidamente la competizione per il cibo.
Tuttavia, se le cellule killer sono affamate, rubano le sostanze nutritive dai loro vicini e "si assicurano che la cellula vittima nelle vicinanze si svuoti lentamente in modo da poter assorbire il maggior numero possibile di sostanze nutritive", dice D'Souza.
Una strategia globale per le cellule dell'ecosistema
Per scoprire quanto sia diffuso questo comportamento batterico appena scoperto e quale rilevanza ecologica possa avere, il team ha setacciato enormi database di sequenze di DNA che gli scienziati hanno raccolto da un'ampia varietà di habitat.
Queste analisi hanno mostrato che le specie batteriche del genere Vibrio che possiedono i geni T6SS spesso mancano di geni per la metabolizzazione di carboidrati complessi come l'alginato. In altre parole, molti batteri killer sono geneticamente ottimizzati per vivere di molecole facilmente utilizzabili, come la linfa cellulare delle cellule vicine. "Questo sembra essere un compromesso evolutivo", spiega Cara Magnabosco, professore di geobiologia del Politecnico di Zurigo. "E abbiamo trovato ancora più specie con il potenziale per esprimere questo comportamento killer in tutto l'albero della vita batterica e in tutti gli ambienti che abbiamo analizzato".
Gli autori sospettano che questo comportamento killer dei batteri svolga un ruolo finora trascurato nel ciclo dei nutrienti negli ecosistemi, consentendo il trasferimento diretto dei nutrienti tra le cellule. Magnabosco afferma: "Distruggendo lentamente i loro vicini, le cellule killer sono in grado di trattenere importanti nutrienti che normalmente andrebbero persi nell'ambiente o in altri livelli trofici all'interno della rete alimentare microbica". La quantificazione di questi flussi è un importante passo successivo che non vediamo l'ora di indagare in tutti gli ecosistemi".
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Pubblicazione originale
Stubbusch AKM, Peaudecerf FJ, Lee KS, Paoli L, Schwartzman J, Stocker R, Basler M, Schubert OT, Ackermann M, Magnabosco C, and D’Souza G (2025). Antagonism as a foraging strategy in microbial communities. Science, 12. Juni 2025
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