Alcuni microrganismi non sopravvivono quando si aumenta la temperatura, anche solo lievemente. Nei batteri adattati al freddo, per esempio, la morte cellulare avviene molto prima che la struttura delle proteine cominci a danneggiarsi (il processo chiamato unfolding), evidenziando un’inaspettata fragilità termica.
Uno studio, coordinato dal prof. Alessandro Paciaroni, del Dipartimento di Fisica e Geologia dell’Università degli Studi di Perugia, ha svolto esperimenti di spettroscopia neutronica e simulazioni di dinamica molecolare, per indagare la fisica della vita alle basse e alle alte temperature.
La ricerca internazionale, pubblicata sulla rivista scientifica Nature Communications, ha visto la dottoranda Beatrice Caviglia svolgere un ruolo chiave nella realizzazione di alcuni esperimenti di spettroscopia neutronica presso il prestigioso Institut Laue-Langevin – ILL di Grenoble, in collaborazione con la prof.ssa Judith Peters – ILL, Université Grenoble Alpes e CNRS- e in alcune simulazioni di dinamica molecolare insieme al prof. Fabio Sterpone – Université Paris Cité e CNRS.
Il ruolo delle proteine nella morte delle cellule
Per comprendere se il legame fra l’unfolding proteico e la morte cellulare fosse universale, i ricercatori hanno confrontato la mobilità del proteoma in tre organismi adattati a condizioni termiche molto diverse: lo Psychrobacter arcticus – psicrofilo, ovvero adattato al freddo, l’Escherichia coli – mesofilo, adattato a temperatura ambiente e l’Aquifex aeolicus – ipertermofilo, ovvero adattato a temperature molto elevate.
Il risultato è sorprendente: in Escherichia Coli e Aquifex aeolicus la morte cellulare avviene a temperature molto vicine a quelle a cui inizia l’unfolding proteico.
Al contrario, in specie come lo Psychrobacter arcticus, tipica degli ambienti polari, le cellule cessano di funzionare a temperature circa 20 °C più basse rispetto a quelle in cui le proteine iniziano a perdere la forma funzionale.
L’ipotesi proposta dal gruppo di ricerca è che l’adattamento al freddo estremo richiede che alcuni enzimi chiave aumentino la propria flessibilità al fine di ottimizzare l’efficacia alle basse temperature; tuttavia, questa maggiore flessibilità fa anche sì che l’attività metabolica di questi stessi enzimi collassi già solo per lievi aumenti della temperatura medesima.
Le possibili applicazioni dello studio
Questi risultati aprono prospettive in numerosi ambiti applicativi. La maggiore comprensione della sensibilità termica dei batteri psicrofili è rilevante anche per valutare l’impatto dei cambiamenti climatici sugli ecosistemi polari, dove lievi aumenti di temperatura possono compromettere specie chiave.
Inoltre, le informazioni sui meccanismi di morte cellulare indotti dal calore possono anche contribuire all’ottimizzazione delle terapie oncologiche basate sull’ipertermia, ovvero le terapie che sfruttano l’aumento controllato della temperatura per colpire selettivamente le cellule tumorali.
Se non vuoi perderti i prossimi articoli, iscriviti alla newsletter.
riproduzione consentita con link a originale e citazione fonte: rivistanatura.com
