Stato vitale ma non coltivabile

Si è a lungo ritenuto che una cellula batterica fosse morta se non cresceva su un terreno di coltura. Lo stato vitale ma non coltivabile (VBNC) è uno stato in cui i batteri non crescono sui terreni di coltura pur restando vitali, a giudicare dall’integrità della loro membrana esterna e dalla capacità di riprendere la crescita dopo un cambiamento di temperatura. Lo stato VBNC è stato ormai descritto in oltre 50 specie batteriche. Diversi meccanismi fanno sì che un batterio diventi incapace di crescere su certi terreni pur crescendo su altri supporti; uno di essi è l’inibizione della crescita dipendente dal contatto. Il meccanismo è poco compreso.

Inibizione della crescita dipendente dal contatto

È stato osservato un altro fenomeno: la crescita cellulare è controllata da un contatto diretto da cellula a cellula, mediato dal sistema di secrezione a due partner (TPS) CdiA-CdiB. CdiA-CdiB è presente in alcuni ceppi di E. coli e proteine omologhe si ritrovano in molte specie batteriche. Per omologia con altri sistemi TPS, CdiB sembra essere una proteina di membrana esterna necessaria al trasporto e all’assemblaggio di CdiA sulla superficie cellulare. Il recettore del CDI è stato identificato come BamA, noto anche come YaeT, una proteina di membrana esterna essenziale e molto conservata, necessaria alla biogenesi delle proteine a barile beta nei batteri Gram-negativi. Insieme al blocco della crescita cellulare, il CDI provoca una marcata riduzione della respirazione, della forza protonmotrice e del livello di ATP. Il meccanismo che collega l’interazione con BamA sulla superficie cellulare alla riduzione del metabolismo non è chiaro, ma potrebbe coinvolgere la proteina di membrana interna della multiresistenza AcrB, poiché i mutanti acrB sono resistenti al CDI. Una possibilità è che CdiA interagisca con AcrB tramite BamA per modularne l’attività. AcrB sfrutta la forza protonmotrice per accoppiare l’ingresso di protoni all’esportazione di piccole molecole tossiche. CdiA potrebbe quindi indurre AcrB ad aprire il proprio canale protonico e a dissipare la forza protonmotrice. Questo è il modello, ancora speculativo, proposto per il meccanismo del CDI.

Un’espressione genica alternativa potrebbe intervenire nei cambiamenti di metabolismo e di crescita dipendenti dal contatto nei batteri. Il meccanismo del CDI ha un altro aspetto: esiste una cornice di lettura aperta che si sovrappone a CdiA e codifica una piccola proteina chiamata CdiI, la quale conferisce immunità al CDI. L’espressione di CdiI nelle cellule bersaglio le protegge dalle cellule inibitrici CDI+. Questa piccola proteina protegge anche le cellule CDI+ dall’inibire la propria crescita. È stato suggerito che il CDI possa essere un meccanismo di elusione della sorveglianza, che permette ai batteri di nascondersi letteralmente nei tessuti dell’ospite, dato che il loro metabolismo è rallentato. È stato anche suggerito che le cellule CDI possano costituire un’arma batterica, inibendo la crescita delle cellule batteriche vicine. Funzionerebbe bene nei biofilm.