Serratia liquefaciens
Comunicazione,Swarming E
Regolazione Genetica
Serratia liquefaciens e’ un ottimo esempio per farci
comprendere i fattori genetici coinvolti nel fenomeno dello
swarming.
Gli individui di una popolazione di S.liquefaciens
sono in grado di comunicare tra loro mediante le
ALH (quorum sensing) e di elaborare precise
risposte in relazione all’ambiente in cui si
trovano.
Lo swarming Di S.liquefaciens Segue I
Seguenti Passi:
• Dopo l’inoculo si forma una colonia regolare.
• In seguito le cellule ai bordi iniziano a differenziarsi in
cellule iperflagellate,lunghe,multinucleate,capaci di
muoversi sulla superficie dell’agar.
• Le swarmers si organizzano in “rafts”,grossi gruppi di
cellule dotate di mobilità.
• Mentre queste swarmers si muovono verso
l’esterno,all’interno della colonia le cellule si
accrescono.La colonia si espande con una v=10 mm/h
Lo swarming e’ un processo che
comprende:
•
•
•
•
•
Differenziazione cellulare
Intensa Flagellizzazione
Contatto tra batteri vicini
Migrazione coordinata di cellule
Secrezione di biosurfatanti per facilitare lo
spostamento
E’ un FENOMENO SOCIALE
S.liquefaciens e’ capace di spostarsi sia per swarming
che per swimming.
Il fattore critico che discrimina tra i due spostamenti e’
la concentrazione dell’agar e la sua viscosità.
Con una [ ] di agar <0.4% i batteri si spostano per
swimming,mentre con una [ ] compresa tra 0,4% e
1,2% si sposteranno per swarming.Con [ ] più alte
le cellule perdono la motilita’.
Esempi di sviluppo di colonie e di avanzamento dei “rafts”.
Genetica Dello Swarming
Sono 2 i fattori regolativi dello swarming:
• L’operone “flagellar master” flhD-flhC.
• il sistema quorum sensing basato sul N-acil-L-omoserina
lattone (ALH).
L’operone flhD-flhC controlla l’espressione della
gerarchia flagellare.
Il sistema quorum sensing si occupa di regolare processi
fisiologici in base alla densità cellulare, e della
produzione di composti chimici essenziali per
l’interazione tra batteri e l’ambiente circostante.
Il “Flagellar Master” E Il Sistema Quorum
sensing Controllano Due reguloni Separati.
Controllano due pathway
diversi,egualmente
importanti:
1) Un pathway di sviluppo
2) Un pathway biosintetico
Oltre a questo e’ necessaria la
presenza di un sistema
metabolico in grado di
generare energia.
Pathway Di Sviluppo:
- l’operone flhDC codifica per due
regolatori di trascrizione,flhD e
flhC,che controllano l’espressione di
circa 50 geni legati alla struttura del
flagello,differenziazione cellulare e
chemiotassi.
L’espressione Di flhDC E’ Regolata in Risposta a
Segnali Ambientali Dall’interazione Di Vari
Sistemi E Fattori.
Un mutante di S.liquefaciens in cui
non funziona l’operone è privo di
flagelli.
L’espressione controllata di questo
operone grazie al promotore Ptac
inducibile dall’IPTG riporta alla
sintesi flagellare e consente sia lo
sworming che il swimming
• La superespressione in un medium
liquido,dell’operone flhDC induce
la differenziazione in cellule
swarmers identiche a quelle che si
ottengono in una colonia su agar.
• La stimolazione artificiale puo’
sopperire la richiesta obbligatoria di
un contatto di superficie.
L’avvertire il contatto di
superficie e’ il maggiore stimolo
per l’incipit dello swarming.
Questo stimolo viene
trasmesso all’operone flhDC,
che si attiva.
Con il Northen si e’ visto che in P.mirabilis il livello di mRNA
flhDC nelle cellule swarmer e’ > di 30 volte.Non e’ stato possibile
fare questa misurazione con S.liquefaciens.
Pathway Biosintetico
Il sistema quorum-sensing di S.liquefaciens funziona
grazie a due geni swrI/swrR e alla secrezione di Nbutirrilomoserina lattone (BHL),che fornisce ad ogni
batterio la stima della popolazione circostante.
Eventuali mutazioni a carico di questi geni riducono in
maniera considerevole la capacità di swarming.
In questo Patway e’ importantissima la presenza del
gene swrA, che se viene attivato dal complesso BLHswrR,codifica per una molecola con attività
biosurfatante (un lipopeptide).
Questa molecola,chiamata SW2 (serrawettin
W2),ha la funzione di modificare la tensione di
superficie dell’agar mediante la formazione di un
film che la riduce.
Grazie a questa molecola anche cellule che non
sono multiflagellate possono espandersi e
colonizzare la superficie dell’agar.
Entrambi i sistemi regolano anche la produzione di
esoenzimi,utili in un eventuale attività patogenica di
S.Liquefaciens.
Questi esoenzimi comprendono fosfolipasi,proteasi e
chinasi.
Esempio dei geni coinvolti nella produzione della
fosfolipasi e della sua immunoproteina.
Mancanza
di O
Sistema
SOS
Questo processo di secrezione e’ legato alla presenza
dell’operone funzionante.
S.liquefaciens
• Il suo studio ci ha permesso di comprendere
meglio le capacità multicellulari dei batteri.
• La sua regolazione genetica e’ piuttosto fine e
segue anche un andamento temporale.
• Puo’ essere utilizzato anche in agraria per lo
sviluppo di nuovi metodi di
disinfestazione,vista la sua eventuale
patogenicità.
Conclusioni finali:quali sono i vantaggi
di un comportamento multicellulare?
• Una proliferazione più efficiente grazie alla
suddivisione del lavoro tra cellule
• Accesso a nicchie che richiedono una certa massa
cellulare,non raggiungibile da cellule isolate.
• Difesa collettiva contro antagonisti che eliminano
cellule isolate.
• Ottimizzazione della sopravvivenza della
popolazione grazie alla differenziazione in vari
tipi cellulari.