Comunicazione cellulare nei batteri lattici degli alimenti

I batteri, per lungo tempo, sono stati considerati come entità cellulari individuali, le cui principali funzioni consistono nell’approvvigionamento nutritivo e nella moltiplicazione cellulare all’interno di un ecosistema. L’evoluzione dei metodi analitici per lo studio microbico, ha permesso di constatare come i batteri eseguano un monitoraggio della popolazione, atto a verificare la presenza di microrganismi sia ospiti e sia competitori (Fuqua et al., 1996). In tale contesto i batteri sintetizzano, rilasciano, rilevano e rispondono a molecole simil-ormonali chiamate “autoinduttori”. La concentrazione di tali molecole aumenta parallelamente all’intensità della popolazione fino a quando, raggiunta una certa soglia o “quorum”, la percezione di tali segnali si traduce in una cascata di reazioni che provocano cambiamenti dell’espressione genica. Tale fenomeno prende il nome di “quorum sensing” e descrive i meccanismi che regolano la comunicazione cellulare (Miller e Bassler, 2001).
Sulla base di tali considerazioni, è stato recentemente introdotto il termine di “sociomicrobiologia” che studia i molteplici comportamenti di una popolazione batterica che funziona come un aggregato coordinato di organismi viventi (Parsek e Greenberg, 2005). Mettendo in atto le suddette dinamiche i microrganismi sono in grado di espletare le proprie funzioni metaboliche all’interno di una popolazione. Tale condizione comporta una serie di vantaggi per i microrganismi, quali, la possibilità di migrare da un ambiente meno idoneo ad uno più favorevole e di adottare nuove modalità di crescita che possono proteggerli da ambienti nocivi (de Kievit e Iglewski, 2000).
Il quorum sensing è un meccanismo che regola diverse funzioni cellulari, quali:
- la bioluminescenza (Miller e Blasser, 2001);
- la produzione di biofilm, come osservato in Pseudomonas aeruginosa (Davies et al., 1998; Zhu e Mekalanos, 2003);
- la virulenza in alcune specie, tra cui Vibrio cholerae (Miller et al., 2002);
- la produzione di antibiotici (Derzelle et al., 2002; Takano et al., 2001);
- l’induzione di fattori di virulenza negli organismi di ordine superiore (es. piante) (Dow et al., 2003);
- la sintesi di batteriocine (Eijsink et al., 1996; Brurberg et al., 1997; Hauge et al., 1998);
- la sporulazione (Perego e Hoch, 1996);
- la regolazione dei flussi nutritivi (March e Bentley, 2004).
La comunicazione cellulare tra i batteri si può avere a livello intra- e interspecie mediante meccanismi differenti in funzione dei batteri Gram-negativi e batteri Gram-positivi. Affinché un composto chimico possa essere considerato una molecola segnale deve poter innescare una reazione all’interno di una popolazione microbica diversa da quella che le cellule presentano in una condizione individuale. Le molecole segnale devono possedere anche proprietà chimiche che ne consentano la diffusione nell’ambiente.
In relazione agli ecosistemi alimentari tali molecole possono avere anche delle ripercussioni dal punto di vista organolettico. In generale, ogni specie batterica produce e risponde ad un solo segnale autoinduttore. Nei batteri Gram-negativi, la comunicazione intra-specie è mediata da una famiglia di molecole definite chimicamente come acil-omoserina lattoni, in sigla AHLs dall’inglese acyl-homoserine lactones (oppure, HSL) (Fuqua et al., 2001). Nei batteri Gram-positivi, il quorum sensing intra-specifico è per lo più regolato da peptidi a basso peso molecolare (Merritt et al., 2003).