Una caratteristica comune a tutti gli organismi viventi è la capacità di rispondere agli stress. Questa è particolarmente importante nei microrganismi probiotici che, durante il transito nel tratto gastro-intestinale (GI), devono affrontare condizioni particolari come elevata acidità e salinità. L’analisi dei meccanismi molecolari alla base della resistenza agli stress in microrganismi probiotici, permette l’identificazione di marcatori utili per la selezione di probiotici con caratteristiche migliori. Lactobacillus plantarum (Lp), un batterio lattico (LAB), è una specie versatile, riscontrabile in una varietà di nicchie ambientali: per esempio è naturalmente presente nella saliva e nel tratto GI dell’uomo. Alcuni specifici ceppi di Lp sono stati selezionati e commercializzati sulla base di proprietà probiotiche (1). Lp ha la capacità di sopravvivere ad un ampio spettro di stress abiotici; è perciò plausibile che abbia sviluppato diversi e complessi meccanismi di tolleranza agli stress. La flessibilità ecologica di Lp è confermata dall’ampiezza del suo genoma, uno dei più grandi tra i LAB e tra le specie probiotiche più comuni. Molti batteri vivono in un ambiente dinamico, in cui temperatura e disponibilità di nutrienti variano frequentemente. L’adattamento ai cambiamenti si realizza attraverso network di regolazione globale che controllano l'espressione simultanea di numerosi geni. La risposta allo shock termico consiste in una reazione biologica generale che protegge la cellula aumentandone la termo-tolleranza. La regolazione della risposta allo shock termico varia tra le diverse specie batteriche. In Bacillus subtilis, considerato microrganismo modello per i Gram-positivi, i cosiddetti reguloni della heat shock response sono classificati in base allo specifico elemento regolatore. La classe III, ad esempio, raggruppa i geni controllati dal repressore trascrizionale CtsR. Scopo di questa ricerca è stato caratterizzare in Lp, i geni ctsR e ftsH, codificanti per proteine coinvolte nella regolazione della risposta allo stress termico. Analizzando il genoma di Lp sono stati individuati i geni potenzialmente regolati da CtsR. Per alcuni di questi geni è già nota l’associazione ai meccanismi di risposta agli stress; per altri non è confermato il loro coinvolgimento. Per verificare il controllo trascrizionale da parte di CtsR, è stato generato un ceppo mutante per delezione di ctsR, in cui si è analizzato il pattern di espressione dei possibili geni target. Per alcuni geni, il ruolo regolatore di CtsR è stato confermato mediante saggi di DNA binding ed analisi del promotore. Il gene ftsH, codificante per una proteina di membrana con funzione di proteasi e chaperone molecolare, è stato identificato come uno dei geni regolati da CtsR (2). Il profilo di espressione di ftsH e ctsR è stato studiato in condizioni di crescita sia ottimali che di stress. È stato prodotto un ceppo mutante di Lp in cui ftsH è stato inattivato. Il fenotipo dei mutanti per ctsR e ftsH è stato studiato e confrontato con quello wild-type, soprattutto in relazione alla tolleranza a vari stress abiotici, tipici degli habitat di Lp. Entrambi i mutanti risultano termosensibili. Sono stati inoltre valutati aspetti morfologici, proprietà autolitiche e capacità di formare biofilm. Questo studio contribuisce a chiarire il complesso network regolativo che consente a Lp di rispondere agli stress ambientali e può rivelarsi utile per future applicazioni medico-biotecnologiche, quali la selezione di ceppi con migliori proprietà probiotiche e/o performances di starter alimentare. Bibliografia 1. Cunningham-Rundles et al. (2000) Am. J. Gastroenterol. 95, 22–25. 2. Fiocco et al. (2009) J. Bacter. 191 (5), 1688–1694.

Analisi dei meccani di tolleranza agli stress in un microrganismo probiotico modello.

FIOCCO, DANIELA;CAPOZZI, VITTORIO;SPANO, GIUSEPPE;
2009

Abstract

Una caratteristica comune a tutti gli organismi viventi è la capacità di rispondere agli stress. Questa è particolarmente importante nei microrganismi probiotici che, durante il transito nel tratto gastro-intestinale (GI), devono affrontare condizioni particolari come elevata acidità e salinità. L’analisi dei meccanismi molecolari alla base della resistenza agli stress in microrganismi probiotici, permette l’identificazione di marcatori utili per la selezione di probiotici con caratteristiche migliori. Lactobacillus plantarum (Lp), un batterio lattico (LAB), è una specie versatile, riscontrabile in una varietà di nicchie ambientali: per esempio è naturalmente presente nella saliva e nel tratto GI dell’uomo. Alcuni specifici ceppi di Lp sono stati selezionati e commercializzati sulla base di proprietà probiotiche (1). Lp ha la capacità di sopravvivere ad un ampio spettro di stress abiotici; è perciò plausibile che abbia sviluppato diversi e complessi meccanismi di tolleranza agli stress. La flessibilità ecologica di Lp è confermata dall’ampiezza del suo genoma, uno dei più grandi tra i LAB e tra le specie probiotiche più comuni. Molti batteri vivono in un ambiente dinamico, in cui temperatura e disponibilità di nutrienti variano frequentemente. L’adattamento ai cambiamenti si realizza attraverso network di regolazione globale che controllano l'espressione simultanea di numerosi geni. La risposta allo shock termico consiste in una reazione biologica generale che protegge la cellula aumentandone la termo-tolleranza. La regolazione della risposta allo shock termico varia tra le diverse specie batteriche. In Bacillus subtilis, considerato microrganismo modello per i Gram-positivi, i cosiddetti reguloni della heat shock response sono classificati in base allo specifico elemento regolatore. La classe III, ad esempio, raggruppa i geni controllati dal repressore trascrizionale CtsR. Scopo di questa ricerca è stato caratterizzare in Lp, i geni ctsR e ftsH, codificanti per proteine coinvolte nella regolazione della risposta allo stress termico. Analizzando il genoma di Lp sono stati individuati i geni potenzialmente regolati da CtsR. Per alcuni di questi geni è già nota l’associazione ai meccanismi di risposta agli stress; per altri non è confermato il loro coinvolgimento. Per verificare il controllo trascrizionale da parte di CtsR, è stato generato un ceppo mutante per delezione di ctsR, in cui si è analizzato il pattern di espressione dei possibili geni target. Per alcuni geni, il ruolo regolatore di CtsR è stato confermato mediante saggi di DNA binding ed analisi del promotore. Il gene ftsH, codificante per una proteina di membrana con funzione di proteasi e chaperone molecolare, è stato identificato come uno dei geni regolati da CtsR (2). Il profilo di espressione di ftsH e ctsR è stato studiato in condizioni di crescita sia ottimali che di stress. È stato prodotto un ceppo mutante di Lp in cui ftsH è stato inattivato. Il fenotipo dei mutanti per ctsR e ftsH è stato studiato e confrontato con quello wild-type, soprattutto in relazione alla tolleranza a vari stress abiotici, tipici degli habitat di Lp. Entrambi i mutanti risultano termosensibili. Sono stati inoltre valutati aspetti morfologici, proprietà autolitiche e capacità di formare biofilm. Questo studio contribuisce a chiarire il complesso network regolativo che consente a Lp di rispondere agli stress ambientali e può rivelarsi utile per future applicazioni medico-biotecnologiche, quali la selezione di ceppi con migliori proprietà probiotiche e/o performances di starter alimentare. Bibliografia 1. Cunningham-Rundles et al. (2000) Am. J. Gastroenterol. 95, 22–25. 2. Fiocco et al. (2009) J. Bacter. 191 (5), 1688–1694.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/11369/121588
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