Veloce, puoi descrivere i tuoi nonni? Staphylococcus aureus, o lo stafilococco d’oro, può ed è una singola cellula. Se non si poteva si dovrebbe visitare più spesso. In ogni caso, un documento molto fresco è uscito di recente, ma prima di poter arrivare lì dobbiamo iniziare andando indietro per spiegare una struttura batterica molto importante chiamata peptidoglicano.,
Il peptidoglicano è un polimero di aminoacidi (da cui il peptido-) e zuccheri (da cui il –glicano) che costituisce la parete cellulare di tutti i batteri. Questa struttura è così fondamentale per la vita batterica che la principale divisione funzionale delle specie batteriche si basa sulla struttura di questo strato di peptidoglicano, che può essere sfruttato da uno speciale protocollo di colorazione.
Sì, l’ho usato prima ma funziona ancora. Credito: Me.
Nel 1884 un ragazzo di nome Gram sviluppò una tecnica di colorazione per visualizzare campioni batterici (ora chiamata macchia di Gram)., Era davvero importante perché, come va la storia, la polmonite era un grosso problema al momento e c’erano tre cause; sconosciuto (successivamente identificato come polmonite virale) e due tipi di polmonite batterica causata da Streptococcus pneumoniae o Klebsiella pneumoniae. È importante sottolineare che la polmonite causata da streptococco è più contagiosa e si sviluppa più velocemente della polmonite causata da Klebsiella, che tende a influenzare solo l’immuno-compromesso., La macchia di Gram, che era veloce e definitiva, ha permesso di raggruppare i tre diversi tipi di pazienti affetti da polmonite, riducendo la diffusione e quindi prevenendo la malattia.
Colorazione gram di colture miste di S. aureus (viola) ed E. coli (rosso). Credito: Wikimedia.
Quindi come ha funzionato la macchia di Gram? A causa dello strato di peptidoglicano., Lo strato addensato di peptidoglicano nelle cellule Gram positive consente loro di trattenere la macchia (quindi rimanendo “macchia positiva” o ” Gram positiva) dove lo strato sottile visto nelle cellule Gram negative non può impedire alla macchia di fuoriuscire (quindi macchia e Gram negativo). Naturalmente Gram stesso non lo sapeva, ma la sua macchia è stato un successo ed era 1884 in modo da dargli una pausa.
Immagine piuttosto semplice ma tutto è codificato a colori. Credito: Wikimedia.
Il peptidoglicano è anche di vitale importanza per il modo in cui gli antibiotici funzionano., Il ruolo di una parete cellulare batterica è difensivo. Il muro è lì per lo stesso motivo per cui la nostra pelle è su di noi, per mantenere gli interni dentro e gli esterni fuori e lo fa limitando fisicamente le dimensioni e la forma della cellula. Nel mondo microbico una delle forze più importanti che cambiano la dimensione e la forma delle cellule è, che ci crediate o no, l’acqua.
Una cellula batterica è una piccola bolla salata generalmente esistente in un ambiente meno salato., Il problema sta nel fatto che l’ambiente meno salato vuole uniformare tutte le concentrazioni di sale in modo che l’acqua si precipiti nella cellula per diluire la sua salinità fino a quando non corrisponde a quella dell’ambiente, o fino a quando non scoppia e uccide la cellula. A questo processo viene dato il nome osmosi. Il ruolo del peptidoglicano è quello di fungere da barriera fisica alla cellula che assume molta acqua e si uccide. È come cercare di gonfiare un palloncino all’interno di una piccola scatola, una volta che una certa quantità di aria entra nella scatola spinge indietro sul palloncino in espansione e non più aria può essere spinta nel palloncino.,
Ma supponiamo di poter rompere questo muro di peptidoglicani, il che porterebbe il batterio a perdere questo strato protettivo e diventare vulnerabile all’osmosi causando il pop cellulare. Non sarebbe un ottimo antibiotico?
Si scopre che è un ottimo antibiotico, la penicillina. La penicillina funziona inibendo la riparazione dello strato del peptidoglicano, quindi danneggia i composti ed il peptidoglicano è compromesso inducendolo a diventare suscettibile di lisi osmotica.
Questo spiega anche perché la penicillina e il suo derivato sono più efficaci contro le cellule Gram-positive., Con il suo strato di peptidoglicano nascosto sotto una membrana lipidica esterna è più difficile per la penicillina raggiungere il peptidoglicano dove ha attività mentre le pareti cellulari Gram positive lasciano il peptidoglicano esposto.
Penicillina è così bravo a uccidere i batteri che i batteri hanno dovuto evolvere un modo intorno ad esso. Lo fanno in due modi, o distruggono la penicillina stessa o cambiano il bersaglio della penicillina in qualcosa che la penicillina non può riconoscere., In entrambi i casi il nostro uso della penicillina, e il nostro sfruttamento di questa parete peptidoglicano innescato una corsa agli armamenti con il mondo microbico in modo che potessero proteggere il prezioso peptidoglicano.
Ho detto in alto che S. aureus sa che aspetto ha il nonno e che questo era correlato al peptidoglicano e questo torna a come questo batterio determina come si dividerà.
Un recente articolo su Nature Communications del gruppo del Prof. Simon Foster (Turner et al.,, 2010, vedi sotto) ha dimostrato che lo stafilococco dorato ha creste rilevabili nella sua struttura peptidoglicano, una sorta di crosta di torta che può essere trovato in un modello molto specifico. Hanno scoperto che una cresta era equatoriale (intera costola), una seconda cresta bisecava solo un emisfero (mezza costola) e una terza cresta perpendicolarmente bisecata a metà dell’emisfero precedentemente bisecato (quarto costola).,
È noto da tempo che lo stafilococco si forma nei grappoli, infatti il suo nome deriva dalla parola greca per l’uva, e ancora più recentemente è stato osservato che la divisione cellulare stafilococcica avviene in un ordine molto specifico. La prima divisione è all’interno dell’asse x, la seconda all’interno dell’asse y poi la terza nell’asse z prima di ripetersi. Ogni divisione cellulare avviene all’interno di un nuovo piano e ad angolo retto rispetto all’ultima divisione cellulare.
Il mio rendering dei modelli di divisione S. aureus., Ogni divisione numerata in ordine e dovrebbe essere ovvio che ‘ 1 ‘ e ‘ 4 ‘ sono lo stesso stadio in un ciclo ripetuto. Credito: Me.
Ciò che il Prof. Foster e il suo gruppo hanno dimostrato è che le croste di torta o costole di peptidoglicano segnano il sito della sintesi di peptidoglicano durante la divisione cellulare stafilococcica e, a causa del modo in cui ogni cellula si divide, conserva le informazioni delle due divisioni precedenti, le sue divisioni parentali e grand-parentali! Inoltre, questa osservazione indica che questo processo non è casuale e quindi probabilmente guidato dal peptidoglicano stesso.,
Il peptidoglicano è una sostanza meravigliosa. Senza di essa i batteri sarebbero vulnerabili alla morte per acqua, non saremmo in grado di distinguerli rapidamente, facilmente o a buon mercato e saremmo senza penicillina, forse la seconda più grande innovazione biomedica dopo i vaccini. Ora sembra che il peptidoglicano possa controllare il sito della divisione cellulare, in S. aureus comunque, indicando che potrebbe esserci altro da scoprire su questo wonderwall batterico.