Hardware Ready Ready to Bench?
I batteri adattano. Un team di ricercatori della Carnegie Mellon University e del Georgia Institute of Technology ha dimostrato che la precedente esposizione dei batteri a differenti disponibilità di nutrienti influenza il modo in cui reagiscono ai successivi cambiamenti ambientali. Le cellule sottoposte ad alternanze frequenti tra abbondanza e scarsità di cibo si adattano più velocemente rispetto a quelle cresciute in condizioni stabili.
Lo studio, pubblicato nel mese di maggio su PRX Life, combina osservazioni dirette delle singole cellule con modelli matematici per spiegare questa forma di ‘memoria’. I ricercatori hanno utilizzato un dispositivo microfluidico per monitorare le cellule di Escherichia coli, una piattaforma che permette di confinare i batteri in spazi ristretti e modificare il liquido nutritivo.
I batteri adattano: perché è importante
Osservando le cellule al microscopio, il team ha misurato la crescita batterica variando la disponibilità dei nutrienti, confrontando le risposte a condizioni stabili e cicliche di diversa frequenza. I risultati hanno evidenziato che, a parità di nutrienti disponibili nel momento della misurazione, i batteri provenienti da ambienti variabili reagivano in modo differente rispetto a quelli cresciuti in condizioni costanti.
La capacità dei batteri di conservare tracce del passato emerge quindi dal confronto tra cellule con storie nutrizionali differenti. La ‘memoria cellulare’ descrive una proprietà misurabile: l’esperienza precedente modifica la risposta fisiologica successiva. Secondo gli autori, la storia dei nutrienti lascia un segno nella fisiologia batterica, influenzando il comportamento della cellula in caso di cambiamenti ambientali.
Per individuare il meccanismo responsabile, i ricercatori hanno sviluppato un modello matematico della rete molecolare che regola la crescita batterica. Il modello suggerisce che i ribosomi, le strutture cellulari responsabili dell’assemblaggio delle proteine, potrebbero essere la sede di questa informazione conservata. L’attribuzione della memoria a queste strutture è una spiegazione supportata dal modello, ma distinta dall’osservazione sperimentale della risposta ai nutrienti.
La ricostruzione matematica indica che popolazioni diverse di ribosomi rispondono con velocità differenti: alcune si adattano rapidamente alle variazioni ambientali, mentre altre mantengono più a lungo gli effetti delle condizioni precedenti. Questa combinazione collega la sintesi proteica a una memoria distribuita su intervalli temporali che vanno dai minuti alle ore, anziché a un singolo tempo di risposta.
Cosa cambia e quali sono gli effetti
Gli autori hanno inoltre riscontrato analogie tra l’architettura del modello e quella delle reti neurali ricorrenti dotate di meccanismi di controllo della memoria, utilizzate nell’intelligenza artificiale per elaborare sequenze. Questi meccanismi regolano la quantità di informazioni precedenti da conservare e aggiornare. Nel sistema batterico studiato, tale funzione è cambiamento dalle reazioni chimiche e dalla regolazione interna della cellula.
Gli esperimenti con apporti intermittenti di nutrienti hanno evidenziato un compromesso: una risposta più rapida comporta una crescita inferiore rispetto alle condizioni costantemente favorevoli. L’allocazione delle risorse lega quindi due esigenze fondamentali per la cellula: mantenere una fisiologia pronta ai cambiamenti e sostenere la produzione di nuova biomassa. La maggiore flessibilità osservata ha dunque un costo in termini di velocità di crescita.
Fonte e approfondimento su i batteri adattano: articolo originale.
* Contenuto realizzato con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale.