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Lo strato esterno appiccicoso di funghi e batteri, chiamato "matrice extracellulare" o ECM, ha la consistenza di una gelatina e funge da strato protettivo e 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.
Poiché la matrice extracellulare (ECM) svolge un ruolo importante in svariati processi, dalla resistenza agli antibiotici all'intasamento 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 matrici extracellulari microbiche", ha affermato Barry Goodell, professore di microbiologia all'Università del Massachusetts Amherst e autore senior dell'articolo. "Spesso si pensa alla matrice extracellulare come a uno strato esterno protettivo inerte che protegge i microrganismi. Ma può anche agire da canale, consentendo a nutrienti ed enzimi di entrare e uscire dalle cellule microbiche."
Il rivestimento svolge diverse funzioni: la sua adesività fa sì che i singoli microrganismi possano aggregarsi formando colonie o "biofilm", e quando un numero sufficiente di microrganismi lo fa, può ostruire le tubature o contaminare le apparecchiature mediche.
Ma il guscio deve anche essere permeabile. Molti microrganismi secernono vari enzimi e altri metaboliti attraverso la matrice extracellulare (ECM) nel materiale che vogliono mangiare o infettare (come legno in decomposizione o tessuto di vertebrati) e poi, quando gli enzimi completano il loro lavoro digestivo, spostano i nutrienti attraverso la ECM. Il composto viene riassorbito dal corpo. matrice extracellulare.
Ciò significa che la matrice extracellulare (ECM) non è solo uno strato protettivo inerte; infatti, come dimostrato da Goodell e colleghi, i microrganismi sembrano avere la capacità di controllare l'adesività della loro ECM e quindi la loro permeabilità. Come ci riescono? Crediti fotografici: B. Goodell
Nei funghi, la secrezione sembra essere acido ossalico, un comune acido organico presente naturalmente 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 esaminato più attentamente la situazione, ha scoperto che l'acido ossalico non solo contribuiva alla produzione della matrice extracellulare (ECM), ma la "regolava" anche: maggiore era la quantità di acido ossalico aggiunta dai microbi alla miscela di carboidrati e acidi, più viscosa diventava l'ECM. Una maggiore viscosità dell'ECM impedisce alle molecole di grandi dimensioni di entrare o uscire dal microbo, mentre le molecole più piccole rimangono libere di entrare nel microbo dall'ambiente e viceversa.
Questa scoperta mette in discussione la tradizionale comprensione scientifica di come i diversi tipi di composti rilasciati da funghi e batteri passino effettivamente da questi microrganismi all'ambiente. Goodell e colleghi hanno ipotizzato che, in alcuni casi, i microrganismi possano dover fare maggiore 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, qualora gli enzimi di maggiori dimensioni non riescano ad attraversare la matrice extracellulare microbica.
"Sembra esserci una via di mezzo", ha affermato Goodell, "dove i microrganismi possono controllare i livelli di acidità per adattarsi a un particolare ambiente, trattenendo alcune delle molecole più grandi, come gli enzimi, e permettendo al contempo alle molecole più piccole di attraversare facilmente la matrice extracellulare."
La modulazione della matrice extracellulare (ECM) da parte dell'acido ossalico potrebbe rappresentare un meccanismo di difesa per i microrganismi contro antimicrobici e antibiotici, dato che molti di questi farmaci sono costituiti da molecole di grandi dimensioni. Questa capacità di personalizzazione potrebbe essere la chiave per superare uno dei principali ostacoli della terapia antimicrobica, poiché la manipolazione dell'ECM per renderla più permeabile potrebbe migliorare l'efficacia di antibiotici e antimicrobici.
"Se riusciamo a controllare la biosintesi e la secrezione di acidi semplici come l'ossalato in alcuni microbi, possiamo anche controllare cosa entra nei microbi, il che potrebbe consentirci di trattare 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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