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Lo strato esterno appiccicoso di funghi e batteri, chiamato "matrice extracellulare" o ECM, ha la consistenza gelatinosa e funge da strato protettivo e da guscio. Ma secondo un recente studio pubblicato sulla rivista iScience, condotto dall'Università del Massachusetts Amherst in collaborazione con il Worcester Polytechnic Institute, l'ECM di alcuni microrganismi forma un gel solo in presenza di acido ossalico o altri acidi semplici. googletag.cmd.push(function() { googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′); });
Poiché la matrice extracellulare (ECM) svolge un ruolo importante in tutto, dalla resistenza agli antibiotici all'ostruzione delle tubature e alla contaminazione dei dispositivi medici, comprendere come i microrganismi manipolano i loro strati di gel appiccicoso ha ampie implicazioni per la nostra vita quotidiana.
"Sono sempre stato interessato alle ECM microbiche", ha affermato Barry Goodell, professore di microbiologia presso l'Università del Massachusetts Amherst e autore principale dello studio. "Spesso si pensa all'ECM come a uno strato esterno protettivo inerte che protegge i microrganismi. Ma può anche fungere da canale che consente a nutrienti ed enzimi di entrare e uscire dalle cellule microbiche".
Il rivestimento svolge diverse funzioni: la sua viscosità fa sì che i singoli microrganismi possano raggrupparsi per formare colonie o "biofilm" e, quando un numero sufficiente di microrganismi lo fa, può ostruire i tubi o contaminare le apparecchiature mediche.
Ma il guscio deve anche essere permeabile. Molti microrganismi secernono vari enzimi e altri metaboliti attraverso la matrice extracellulare nel materiale che intendono mangiare o infettare (come legno in decomposizione o tessuti di vertebrati) e poi, quando gli enzimi completano il loro lavoro digestivo, trasportano i nutrienti attraverso la matrice extracellulare. Il composto viene riassorbito dall'organismo.
Ciò significa che la matrice extracellulare (ECM) non è solo uno strato protettivo inerte; anzi, come dimostrato da Goodell e colleghi, i microrganismi sembrano avere la capacità di controllare l'adesività della loro ECM e quindi la sua permeabilità. Come ci riescono? Foto: B. Goodell
Nei funghi, la secrezione sembra essere acido ossalico, un acido organico comune presente in natura in molte piante. Come hanno scoperto Goodell e i suoi colleghi, molti microbi sembrano utilizzare l'acido ossalico che secernono per legarsi allo strato esterno di carboidrati, formando una matrice extracellulare appiccicosa e gelatinosa.
Ma quando il team ha osservato più da vicino, ha scoperto che l'acido ossalico non solo aiutava a produrre la matrice extracellulare (ECM), ma la "regolava" anche: più acido ossalico i microbi aggiungevano alla miscela di carboidrati e acidi, più viscosa diventava la matrice extracellulare (ECM). Più la matrice extracellulare diventa viscosa, più impedisce alle molecole più grandi di entrare o uscire dal microbo, mentre le molecole più piccole rimangono libere di entrare nel microbo dall'ambiente e viceversa.
Questa scoperta sfida la tradizionale comprensione scientifica di come i diversi tipi di composti rilasciati da funghi e batteri vengano effettivamente rilasciati da questi microrganismi nell'ambiente. Goodell e colleghi hanno suggerito che in alcuni casi i microrganismi potrebbero dover fare affidamento sulla secrezione di molecole molto piccole per attaccare la matrice o il tessuto da cui dipendono per sopravvivere o infettarsi.
Ciò significa che anche la secrezione di piccole molecole può svolgere un ruolo importante nella patogenesi se gli enzimi più grandi non riescono a passare attraverso la matrice extracellulare microbica.
"Sembra esserci una via di mezzo", ha detto Goodell, "in cui i microrganismi possono controllare i livelli di acidità per adattarsi a un ambiente particolare, trattenendo alcune delle molecole più grandi, come gli enzimi, e consentendo alle molecole più piccole di passare facilmente attraverso la matrice extracellulare".
La modulazione della matrice extracellulare (ECM) da parte dell'acido ossalico potrebbe rappresentare un modo per i microrganismi di proteggersi da antimicrobici e antibiotici, poiché molti di questi farmaci sono composti da molecole molto grandi. È questa capacità di personalizzazione che potrebbe essere la chiave per superare uno dei principali ostacoli nella terapia antimicrobica, poiché manipolare la matrice extracellulare (ECM) per renderla più permeabile potrebbe migliorare l'efficacia di antibiotici e antimicrobici.
"Se riusciamo a controllare la biosintesi e la secrezione di piccoli acidi come l'ossalato in alcuni microbi, possiamo anche controllare cosa entra nei microbi, il che potrebbe consentirci di curare meglio molte malattie microbiche", ha affermato Goodell.
Ulteriori informazioni: Gabriel Perez-Gonzalez et al., Interazione degli ossalati con il beta-glucano: implicazioni per la matrice extracellulare fungina e il trasporto dei metaboliti, iScience (2023). DOI: 10.1016/j.isci.2023.106851
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