Esiste in natura un nemico difficile da curare: il batterio. In natura, però, ci sono anche i cosiddetti predatori naturali dei batteri, ossia i batteriofagi. Ma chi sono queste creature e perché oggi sono così importanti?
Scopriamolo insieme nel video di oggi. Ciao e ben ritrovati in Med4Care! L’argomento di oggi sono: I Batteriofagi.
Conoscete i virus? Sono delle minuscole “macchine” biologiche programmate per infettare e sfruttare l’apparato di duplicazione genetica delle cellule per replicarsi. Senza le cellule, i virus non potrebbero sopravvivere.
Conosciamo molto bene virus specializzati nell’infettare le cellule del corpo umano, come ad esempio il virus dell’influenza o dell’HIV, o i coronavirus. Ebbene, oltre ad essi esistono anche virus specializzati nell’infettare i batteri. Il loro nome è batteriofagi, tradotto letteralmente in “mangiatori di batteri”.
La presenza dei batteriofagi in natura è impressionante: sono onnipresenti negli ecosistemi terrestri, specialmente nei tappeti microbici superficiali dell’acqua di mare, nelle foreste, e nei terreni agricoli. I batteriofagi inoltre stabiliscono un primato anche in termini numerici; si stima infatti che siano la tipologia di microorganismi più abbondante in assoluto nella biosfera, con un numero stimato di 1031 tipi di batteriofagi. Esistono miliardi e miliardi di batteriofagi in ogni ecosistema terrestre, per cui la loro classificazione può essere complessa.
Semplificando, i batteriofagi possono essere classificati principalmente in base a due caratteristiche: La loro struttura e la tipologia di acidi nucleici che contengono Dal punto di vista strutturale, la maggior parte dei batteriofagi ricorda la forma di piccole astronavi progettate per “atterrare” sulla superficie dei batteri per infettarli. Sono formati da: Una testa proteica che custodisce e protegge il materiale genetico; Una coda di lunghezza variabile, costituita da un tubo cavo in cui passa il materiale genetico; Dalle fibre terminali associate alla coda, che ricordano delle zampe e che servono per riconoscere la superficie batterica e ancorarsi ad essa. La coda, insieme alle fibre forma il cosiddetto “iniettosoma”, cioè l’apparato che dapprima “trivella” la superficie batterica, per poi iniettare all’interno del batterio il materiale genetico come una siringa.
Più del 95% dei batteriofagi conosciuti possiede questa “coda”: per questo motivo il loro ordine di appartenenza in natura è stato denominato: “Caudovirales” e contiene del DNA a doppio filamento come acido nucleico. In base al tipo di acido nucleico i batteriofagi possono contenere DNA o RNA, sia a singolo che a doppio filamento. La loro dimensione può variare molto, andando da quelli più piccoli (20 nanometri) ai più grandi come il T4, che misura 200 nanometri in lunghezza.
Vediamo ora come i batteriofagi si replicano nei batteri Ciascun tipo di batteriofago è specializzato nell’infettare solo un tipo o una famiglia di batteri. Questo perché il batteriofago riconosce solamente le strutture uniche del suo target batterico tramite la punta della coda. Quando questa interazione è produttiva e corretta si innescano una serie di eventi che culminano nell’iniezione del genoma fagico all’interno del batterio “predato”.
Dopo l’inserimento del genoma, e talvolta di proteine accessorie, il batterio può andare incontro a due destini. Nel primo caso il virus prende il controllo dei meccanismi di riproduzione del genoma batterico e lo trasforma in una fabbrica per batteriofagi. Questo tipo di infezione solitamente porta all’assemblaggio di tantissimi nuovi batteriofagi all’interno del batterio e si conclude con la lisi dello stesso affinché questi si liberino nell’ambiente e infettino altri batteri.
Questo tipo di ciclo vitale è detto appunto “ciclo litico”. Un momento: sappiamo tutti che cos’è la lisi? Si tratta della dissoluzione di una cellula per mezzo di agenti vari.
In alternativa, alcuni batteriofagi non uccidono subito il batterio che infettano ma vi inseriscono il genoma all’interno, in modo che si replichi con esso. Il virus quindi si diffonde nascosto nel genoma della progenie del batterio infettato, fino a che un evento scatenante non stimoli la produzione di batteriofagi e la lisi finale dell’ospite. Questi batteriofagi vengono definiti “temperati” e il ciclo viene detto “lisogenico”.
Ora che conosciamo meglio i batteriofagi, vediamo quali sono le loro applicazioni. L’Organizzazione Mondiale della Sanità ha battezzato questo momento storico come l’era post-antibiotica. In questo scenario, i batteriofagi possono costituire una promettente alternativa terapeutica agli antibiotici inefficaci.
Il loro utilizzo però non finisce qui: si trovano applicazioni nell’identificazione rapida di batteri, inquinamento, conservazione dei cibi. Infatti possono fungere da biosensori di batteri nei cibi, agenti di controllo biologico in agricoltura e acquacoltura. Data l’inesorabile diffusione dei batteri resistenti agli antibiotici, i batteriofagi stanno ridestando interesse come agenti antibatterici naturali che potrebbero essere utilizzati in alternativa o in combinazione agli antibiotici.
I batteriofagi si rivelano utilissimi per individuare i batteri e come metodo di controllo della crescita batterica nel cibo. Per rendere visibile, misurabile la presenza dei batteri tossici tramite batteriofagi sono stati costruiti dei cosiddetti “biosensori”. Non solo nel controllo dei cibi, ma i batteriofagi sono utili anche negli step precedenti della filiera produttiva: agricoltura e acquacoltura.
L’utilizzo dei batteriofagi può ridurre l’utilizzo di antibiotici in agricoltura, incrementando la resa dei campi, riducendo l’impatto ambientale e favorendo i prodotti “antibiotic-free”. Inoltre, i batteriofagi specifici possono essere impiegati per curare alcune malattie batteriche che colpiscono i pesci di allevamento per uso alimentare come il branzino, la trota, l’orata e il salmone. Non so voi ma, arrivati a questo punto, mi piacerebbe sapere come si è arrivati alla scoperta dei batteriofagi.
Nel 1917 Felix d’Herelle nota che i batteri della dissenteria vengon lisi da un agente in coltura formando delle “placche” nelle sue piastre, e che questo agente continua a propagarsi anche diluendolo. Quindi Felix capisce che esiste un microbo invisibile capace di parassitare e uccidere il batterio. Dopo aver escluso che i batteri vengano eliminati da altri agenti, Felix d’Herelle può dare il nome di batteriofagi a questi microbi.
Per avere le giuste conferme alla sua teoria, consulta persino un’autorità assoluta come Albert Einstein. Nel 1935 Wendell Stanley a New York, dà una svolta alla ricerca sui batteriofagi, escludendo del tutto che si tratti di agenti chimici inanimati. Riesce a cristallizzare il virus del mosaico del tabacco e dimostra finalmente che i virus sono composti da macromolecole biologiche, come proteine e RNA.
Per questi esperimenti, Stanley viene insignito del premio Nobel per la chimica nel 1946. Ora è il momento del grande dilemma. Una delle domande che intrigò di più gli scienziati negli anni della scoperta dei batteriofagi ha un sentore quasi filosofico: I batteriofagi sono esseri viventi?
Alcuni scienziati definiscono la vita in base alla capacità di replicarsi e in base alla capacità di nascere e di morire. I virus sono parassiti completamente dipendenti dalle cellule che infettano, quindi l’idea generale è che i virus siano parassiti non viventi di sistemi metabolici viventi. Ma il dibattito è ancora aperto… Per concludere, i batteriofagi sono strumenti biologici antichi, diffusi in ogni ecosistema terrestre, che consentono il contenimento delle varie specie batteriche.
Il loro studio ci offre interessanti spunti per conoscere e continuare la lotta contro i batteri. Per approfondire l’argomento nel nostro portale cliccate sul link in descrizione! Siamo ormai giunti al termine del video di oggi, speriamo vi sia piaciuto.
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