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Cellule Immunitarie

 

Quelle che si potrebbero definire "unità di sicurezza nazionale del corpo" sono più complete di qualsiasi punto di controllo aeroportuale. Per la prima volta, gli scienziati hanno assistito a una proteina del sistema immunitario di topo che distruggeva un frammento di un batterio invasore. L'ispezione è molto più ampia di quanto immaginato dai ricercatori: la proteina del sistema immunitario, simile a quella degli umani, analizza la proteina batterica in sei modi diversi, assicurando così una corretta identificazione.

"Questo è stato molto sorprendente", ha affermato la ricercatrice Dott.ssa Eva Nogales dell'Howard Hughes Medical Institute o HHMI, biologa strutturale che lavora presso l'Università della California, a Berkeley. "La proteina del sistema immunitario utilizza molte parti proteiche, fra cui alcune funzioni precedentemente sconosciute." Questa scoperta, riportata il 16 novembre su Science, rivela alcuni dettagli di un processo fondamentale che il sistema immunitario utilizza per riconoscere i patogeni che hanno ottenuto l'accesso alle cellule. Il lavoro aiuta anche a spiegare perché è difficile per alcuni batteri, come i patogeni umani Salmonella, Pseudomonas e Legionella, eludere il rilevamento ad opera del sistema immunitario.

Uno sforzo multidisciplinare e internazionale ha permesso agli scienziati di testimoniare in prima persona questo sistema di rilevamento degli agenti patogeni. Il Dott. Russell Vance dell'HHMI ha studiato la superfamiglia NLR di proteine del sistema immunitario, che le piante e gli animali utilizzano per rilevare gli agenti patogeni che sono s'intrufolano all'interno delle cellule. Voleva vedere una di queste proteine, chiamata NAIP5, mentre ispezionava pezzi di proteine prodotte dal batterio Legionella pneumophila. Precedenti studi genetici avevano identificato NAIP5 come un giocatore importante nella resistenza dell'ospite alla Legionella, e la squadra di Vance voleva dare un'occhiata più da vicino. Così una studentessa nel suo laboratorio, Jeannette Tenthorey, ha collaborato con uno studente nel laboratorio di Nogales, Nicole Haloupek, che ha utilizzato una tecnica di imaging all'avanguardia chiamata microscopia crioelettronica o cryo-EM per visualizzare le proteine.

Con la tecnica crio-EM, gli scienziati mescolano una soluzione di proteine, la congelano e poi la fanno esplodere con un fascio di elettroni. Gli elettroni si propagano mentre colpiscono le proteine e quindi passano attraverso una lente verso un rivelatore. Dalle immagini risultanti, i ricercatori possono costruire dettagliate strutture proteiche tridimensionali. Altri scienziati avevano precedentemente provato a fotografare la proteina NAIP5 mentre esaminava frammenti di batteri, tuttavia le immagini mancavano di dettagli importanti su quali parti della proteina toccassero i batteri. Per ovviare a questo problema, Nogales e Vance hanno sfruttato le competenze di modellizzazione al computer dei ricercatori del Rocasolano Physical Chemistry Institute di Madrid.

Nogales ha affermato: "Vedere queste proteine autoassemblarsi è stato davvero molto bello e affascinante." I ricercatori hanno scoperto che NAIP5 esegue un'ispezione approfondita di frammenti del flagello dei batteri, le appendici simili a una coda che molti batteri che causano malattie utilizzano per la locomozione, come ad esempio quello del colera. "Questa è una risposta immunitaria molto efficace", ha affermato Vance, un microbiologo e immunologo, anche lui di Berkeley. "Ci aiuta a capire perché il patogeno non può sfuggire solo mutando." I batteri non possono semplicemente nascondersi dal sistema immunitario apportando lievi modifiche alle proteine flagellari, ha spiegato. D'altra parte, dei cambiamenti più grandi che potrebbero consentire ai batteri di sfuggire al rilevamento potrebbero però interferire con la loro locomozione.

Il team ha testato l'idea creando dei ceppi mutanti di Legionella e introducendoli alle proteine del sistema immunitario. Queste piccole mutazioni di una proteina flagellare batterica non erano sufficienti a ingannare NAIP5. Tuttavia, mutazioni più significative hanno interferito con i flagelli così tanto che il batterio ha avuto dei problemi a muoversi. La ricerca ed analisi intensive da parte del sistema immunitario suggeriscono che è prudente identificare una minaccia prima di estrarre i grandi cannoni, ha affermato Vance. Dopo aver applicato il frammento di proteina batterica, la proteina del sistema immunitario recluta una seconda proteina, formando un complesso chiamato inflammasoma. La seconda proteina emette quindi un allarme che indica che la cellula è stata invasa, innescando eventi che culminano in una drammatica forma di morte cellulare.

"La cellula si spalma letteralmente", ha spiegato Vance. Questo drammatico finale, chiamato piroptosi, è una buona cosa se un batterio sta tentando di stabilirsi in una cellula, ha detto, ma la catena di eventi può provocare una malattia se succede troppo spesso. Ecco perché è importante che il sistema immunitario sia completo, e la risposta è altamente specifica per il flagello del batterio, ha aggiunto.

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