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. Tuttavia, secondo un recente studio pubblicato sulla rivista iScience e 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 l'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 fungere da canale per il passaggio di nutrienti ed enzimi all'interno e all'esterno delle 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, nel materiale che vogliono mangiare o infettare (come legno marcio o tessuto di vertebrati), e poi, una volta che gli enzimi hanno completato il loro lavoro, avviene il processo digestivo, ovvero il ritorno dei nutrienti attraverso la 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 la viscosità della loro ECM e quindi la sua permeabilità. Come ci riescono?
Nei funghi, la secrezione sembra essere acido ossalico, un comune acido organico presente naturalmente in molte piante e, come hanno scoperto Goodell e i suoi colleghi, molti microrganismi sembrano utilizzare l'acido ossalico che secernono per legarsi agli strati esterni di carboidrati, formando una sostanza appiccicosa, una matrice extracellulare 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 suggerito che, in alcuni casi, i microrganismi potrebbero 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 la secrezione di piccole molecole potrebbe anche svolgere un ruolo importante nella patogenesi se gli enzimi più grandi non riescono 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 (ECM). La modulazione dell'ECM con acido ossalico potrebbe essere un modo per i microrganismi di proteggersi dagli antimicrobici e dagli antibiotici, poiché molti di questi farmaci sono costituiti 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 l'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, allora possiamo anche controllare cosa entra nei microbi, il che potrebbe consentirci di trattare meglio molte malattie microbiche", ha affermato Goodell.
Nel dicembre 2022, il microbiologo Yasu Morita ha ricevuto un finanziamento dai National Institutes of Health a sostegno di una ricerca volta a sviluppare trattamenti nuovi e più efficaci contro la tubercolosi.

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