Strategie di sopravvivenza dell'E. coli in condizioni di stress

Ogni anno, molte persone si ammalano perché mangiano cibo contaminato. Una causa significativa delle malattie alimentari è un batterio chiamato Escherichia coli, o E. Coli. Un tipo specifico di E. coli può portare a seri problemi di salute, e nel 2010, più di 35.000 persone sono morte a causa di malattie legate a questo batterio. Il problema principale sorge quando i raccolti si contaminano con gli escrementi degli animali durante la loro crescita o lavorazione. Questo è un problema comune con le verdure e le insalate.

E. coli riesce a sopravvivere in condizioni difficili, incluso un pH basso, che si trova spesso negli ambienti vegetali. Questo stress può derivare da varie fonti, come cambi di temperatura e siccità. Pertanto, è fondamentale capire come E. coli resiste a queste condizioni stressanti.

#E. coli e le sue misure protettive

E. coli ha sviluppato alcuni metodi per proteggersi dal pH basso. Un modo è coprendo la sua superficie con sostanze chiamate polisaccaridi. Questi polisaccaridi includono gli antigeni O e K e un altro polisaccaride conosciuto come acido colanico. L'acido colanico viene prodotto di più quando E. coli è sotto stress. Questo suggerisce che l'acido colanico aiuta E. coli a sopravvivere in varie condizioni difficili. Ad esempio, un ceppo specifico di E. coli conosciuto come EHEC può essere danneggiato da cambiamenti nei geni responsabili della produzione di acido colanico.

Un altro tipo di polisaccaride presente sulla superficie di E. coli è chiamato antigeni comuni enterobatterici (ECA). Esistono diverse forme di ECA che si trovano in varie parti della cellula, ma i loro ruoli completi nell'aiutare il batterio a sopravvivere non sono del tutto chiari.

In uno studio recente, i ricercatori hanno esaminato come i ceppi di E. coli che hanno difficoltà a produrre ECA rispondono a pH basso. Hanno scoperto che un ceppo privo del gene wzxE, che è cruciale per la sintesi di ECA, faceva fatica a crescere quando il pH era basso. Questo gene è responsabile del trasporto di una forma di ECA attraverso la membrana cellulare. Quando il gene wzxE non funziona correttamente, una forma di ECA si accumula all'interno della cellula, il che può essere dannoso. Tuttavia, il ceppo knockout wzxE è riuscito a evitare questo accumulo tossico grazie ad altri processi legati all'acido colanico.

#Sperimentazione sulla crescita di E. coli

Nello studio, sono stati testati vari tipi di E. coli in diverse condizioni di pH per vedere come crescevano. Il ceppo di tipo selvatico, che è la versione normale di E. coli, è stato confrontato con il ceppo knockout wzxE. A un pH basso di 5.5, il ceppo knockout wzxE mostrava una crescita peggiore rispetto al tipo selvatico. Tuttavia, quando l'ambiente era neutro o alcalino (pH 7.0 o 8.5), il ceppo knockout wzxE cresceva altrettanto bene del ceppo di tipo selvatico.

Inoltre, hanno testato il ceppo knockout in un terreno vegetale chiamato V8, che è naturalmente acido. In questo mezzo, il ceppo knockout wzxE mostrava anche una crescita ridotta rispetto al tipo selvatico. Quando è stato aggiunto un pezzo genetico contenente il gene wzxE al ceppo knockout, è riuscito a crescere senza mostrare gli stessi problemi di crescita in condizioni di pH basso.

#pH basso e sensibilità delle verdure

I ricercatori volevano anche vedere se il ceppo knockout wzxE sarebbe stato sensibile a vere verdure. Hanno preparato estratti da diversi tipi di verdure e hanno scoperto che il ceppo knockout aveva meno batteri vitali rispetto al ceppo selvatico quando esposto a questi estratti vegetali. I risultati hanno indicato che il ceppo knockout wzxE fatica di più in condizioni reali con le verdure, specialmente quelle con livelli di pH più bassi, come i pomodorini.

Lo studio ha mostrato che la sensibilità del ceppo knockout wzxE al pH basso non si applicava solo ai mezzi sintetici, ma si estendeva anche alle condizioni vegetali naturali.

#Il ruolo dell’ECA lipidico III

L'accumulo di certe forme di ECA, in particolare l’ECA lipidico III, gioca un ruolo chiave nel motivo per cui il ceppo knockout wzxE è sensibile al pH basso. Quando il gene wzxE viene eliminato, l’ECA lipidico III può accumularsi all'interno dei batteri, e questo è dannoso. Per confermare questo, i ricercatori hanno creato un ceppo a doppio knockout che mancava anche del gene wecF. Questo gene è importante per la sintesi dell’ECA lipidico III. Il ceppo a doppio knockout ha mostrato una crescita migliorata rispetto al ceppo knockout wzxE in condizioni di pH basso, indicando che l’ECA lipidico III è collegato alla sensibilità al pH basso.

#Esaminare la morte cellulare

Negli esperimenti, i ricercatori hanno esaminato cosa succedeva alle cellule di E. coli in condizioni di pH basso. Hanno trattato sia il ceppo di tipo selvatico che il ceppo knockout wzxE con una soluzione che mimava le condizioni di pH basso. Sorprendentemente, quando i batteri sono stati trattati solo con pH basso senza crescere, non c'era una differenza significativa nella vitalità cellulare tra i due ceppi. Tuttavia, quando cresciuti nelle giuste condizioni, il ceppo knockout wzxE mostrava un numero significativamente maggiore di cellule morte rispetto al tipo selvatico.

Questi risultati suggeriscono che il ceppo knockout wzxE accumula sostanze nocive, portando alla morte cellulare, specialmente in condizioni di pH basso che consentono la crescita batterica.

#Influenza dell'acido colanico

I ricercatori hanno anche esaminato come bloccare la sintesi dell'acido colanico avrebbe influito sulla sensibilità al pH basso. Hanno creato un ceppo a doppio knockout che mancava sia di wzxE che del gene responsabile della produzione di acido colanico. Questo ceppo non mostrava la stessa sensibilità del ceppo knockout wzxE, indicando che la sintesi dell'acido colanico gioca un ruolo nella sensibilità al pH basso sperimentata dal mutante knockout wzxE.

Lo studio ha evidenziato che quando il ceppo knockout wzxE subisce stress a pH basso, aumenta la produzione di acido colanico. Tuttavia, questo aumento può occupare le proteine responsabili del trasporto dell’ECA lipidico III, portando a un accumulo tossico di questa sostanza all'interno delle cellule.

#Altri stress

Oltre al pH basso, i ricercatori hanno anche testato come il ceppo knockout wzxE rispondeva ad altre condizioni di stress, come l'alta salinità e le basse temperature. I risultati hanno mostrato che il ceppo knockout era sensibile anche a questi stress, il che rafforza l'idea che i meccanismi alla base della sua sensibilità erano coerenti attraverso diversi tipi di sfide.

Specficamente, a temperature più basse, il ceppo knockout wzxE aveva più batteri morti rispetto al ceppo di tipo selvatico. Lo stesso valeva in condizioni di alta salinità. Ancora una volta, queste sensibilità dipendevano dalla produzione di acido colanico.

#Conclusione

Lo studio ha dimostrato che il gene wzxE è essenziale per la capacità di E. coli di resistere a pH basso, basse temperature e alta pressione osmotica. Il mutante knockout wzxE era significativamente più vulnerabile a queste condizioni. La dipendenza dai processi legati all'acido colanico e all’ECA lipidico III suggerisce che mirare a questi percorsi potrebbe fornire nuovi approcci per gestire le malattie alimentari legate a E. coli.

Capire come E. coli sopravvive allo stress aiuta a fornire spunti su potenziali metodi per prevenire la contaminazione nelle fonti alimentari, in particolare negli ambienti vegetali in cui questi batteri prosperano. I risultati evidenziano l'importanza dell'adattabilità e della resilienza di E. coli in varie condizioni, essenziali per sviluppare strategie di prevenzione efficaci contro le malattie alimentari.