L’endosimbiosi è un affascinante fenomeno biologico in cui un organismo vive all’interno di un altro organismo. Questa relazione insolita è spesso vantaggiosa per entrambe le parti. Nel nostro corpo ci sono persino resti di questa convivenza: i mitocondri, le centrali elettriche delle nostre cellule, si sono sviluppati grazie all’endosimbiosi durante l’evoluzione. Nella preistoria, i batteri sono entrati in altre cellule. Questa coesistenza ha gettato le basi per i mitocondri e quindi per le cellule di piante, animali e funghi.
Tuttavia, è ancora poco chiaro come un’endosimbiosi si formi come comunità. Questo perché un batterio che finisce in una cellula ospite completamente diversa, più o meno per caso, di solito ha vita difficile. Deve sopravvivere, moltiplicarsi e passare alla generazione successiva. Altrimenti si estingue con il suo ospite. E per non danneggiare l’ospite, non deve reclamare troppi nutrienti per sé e non deve crescere troppo rapidamente. In altre parole, se l’ospite e il subaffittuario non riescono a entrare in sintonia tra loro, la relazione finisce.
Per studiare l’inizio di questa speciale relazione tra due organismi, un gruppo di ricercatori guidati da Julia Vorholt, docente di microbiologia al Politecnico di Zurigo, ha avviato una comunità di questo tipo in laboratorio. Gli scienziati hanno osservato cosa accade esattamente all’inizio di una possibile endosimbiosi. Hanno appena pubblicato il loro studio sulla rivista scientifica Nature.
"Il fatto che i batteri vengano effettivamente trasmessi alla generazione successiva di funghi attraverso le spore ha rappresentato una svolta nella nostra ricerca".
Forzare la coabitazione
Per questo lavoro, Gabriel Giger, dottorando nel laboratorio di Vorholt, ha innanzitutto sviluppato un metodo per iniettare batteri nelle cellule del fungo Rhizopus microsporus senza distruggerle. Ha utilizzato batteri E. coli da un lato e batteri del genere Mycetohabitans dall’altro. Questi ultimi sono endosimbionti naturali di un altro fungo Rhizopus. Per l’esperimento, tuttavia, i ricercatori hanno utilizzato un ceppo che non forma un’endosimbiosi in natura. Giger ha poi osservato al microscopio cosa è successo alla coabitazione forzata.Dopo l’iniezione dei batteri coli, sia il fungo che i batteri hanno continuato a crescere, questi ultimi così rapidamente che il fungo ha scatenato una reazione immunitaria contro i batteri. Il fungo si è protetto dai batteri coli incapsulandoli. In questo modo ha impedito che i batteri venissero trasmessi alla generazione successiva di funghi.
I batteri entrano nelle spore
La situazione era diversa con i batteri mycetohabitans iniettati: Mentre il fungo formava spore, alcuni batteri sono riusciti a penetrarvi e a trasmettersi alla generazione successiva. "Il fatto che i batteri vengano effettivamente trasmessi alla generazione successiva di funghi attraverso le spore ha rappresentato una svolta nella nostra ricerca", spiega Giger.Il dottorando ha lasciato germogliare le spore con i sottotenenti. Ha scoperto che germinavano meno frequentemente e che i giovani funghi crescevano più lentamente rispetto alle spore senza batteri. "L’endosimbiosi ha inizialmente ridotto l’idoneità generale dei funghi interessati", spiega il dottorando. Giger ha continuato l’esperimento su diverse generazioni di funghi, selezionando specificamente quelli le cui spore contenevano batteri. Questo ha permesso al fungo di riprendersi e di produrre più spore vitali con i batteri. Come i ricercatori hanno potuto dimostrare con analisi genetiche, il fungo è cambiato durante questo esperimento e si è adattato al suo sottotenente.
I ricercatori hanno anche scoperto che l’ospite produceva insieme al suo ospite molecole biologicamente attive, che potevano aiutare l’ospite a ottenere sostanze nutritive e a difendersi da predatori come nematodi o amebe. "Lo svantaggio iniziale può quindi diventare un vantaggio", sottolinea Vorholt.
