Le cellule di lievito cooperano. E’ così che la vita semplice è diventata complessa?
Cellule di lievito al microscopio. Crediti: Bob Blaylock
Un nuovo studio ha creato un analogo di quello che i ricercatori pensano possa essere stato il primo gradino di cooperazione che ha portato agli organismi pluricellulari, mostrando che le cellule di lievito, messe in un ambiente che le obbliga a lavorare insieme per il cibo, crescono e si riproducono meglio che singolarmente.
Un team di ricercatori, guidati da Andrew Murray, docente presso la Harvard University, ha trovato che le cellule di lievito di birra cooperando sono state in grado di manipolare in modo più efficace e di assorbire gli zuccheri nel loro ambiente rispetto alle cellule che vivevano da sole. Gli esperimenti hanno mostrato che in ambienti in cui lo zucchero, fonte di cibo del lievito, è diluito e il numero di cellule di lievito è piccolo, la capacità di cooperare insieme delle cellule ha permesso la riproduzione, cosa altrimenti impossibile se le cellule avessero agito in modo autonomo.
Il lavoro, pubblicato il 9 agosto on line nella rivista ad accesso libero PLoS Biology, ha utilizzato il lievito Saccharomyces cerevisiae, che è comunemente usato nella fabbricazione della birra e nella panificazione ed è da tempo usato dagli scienziati come organismo modello per la comprensione della vita unicellulare. Murray e colleghi hanno messo a punto una serie di esperimenti che ha presentato due problemi che le cellule di lievito dovevano risolvere per poter accedere al cibo per crescere e riprodursi via divisione cellulare: il primo è stato come trasformare il cibo da una forma inutilizzabile ad una forma utilizzabile, il secondo è stato come assumere effettivamente questo alimento.
I ricercatori hanno messo il lievito in una soluzione di saccarosio – il comune zucchero da tavola, che è composto da due zuccheri semplici, glucosio e fruttosio. Il lievito vive di zucchero, ma il saccarosio non riesce ad attraversare la membrana che circonda la cellula. Così il lievito crea un enzima chiamato invertasi per tagliare il saccarosio in glucosio e fruttosio, ciascuno dei quali può entrare nella cellula utilizzando delle molecole, chiamate trasportatori, che fanno parte della membrana cellulare.
Il secondo problema è come ottenere il glucosio e il fruttosio dal luogo in cui sono stati prodotti dall’invertasi fino ai trasportatori della membrana cellulare. L’unico modo per spostare queste molecole di zucchero e quindi colmare il divario è attraverso la diffusione, un processo però molto inefficiente. I ricercatori hanno calcolato che una volta che una cellula rende grazie all’invertasi lo zucchero in pezzi utilizzabili, una sola molecola di zucchero ogni 100 sarebbe catturata dalla cellula che ha prodotto questa divisione.
Essi hanno anche calcolato che, lavorando da sola, una cellula di lievito singola in una soluzione diluita di saccarosio non avrebbe preso sufficienti glucosio e fruttosio per essere in grado di crescere e dividersi. Ma collaborando, gruppi di lievito in quella stessa soluzione potrebbe avere una chance. Con più cellulee vicine, tutte le molecole di invertasi rilasciate per creare zuccheri semplici aumenta la densità di questi zuccheri in prossimità del gruppo, aumentando le probabilità che ogni cellula possa riuscire ad assumere sufficiente cibo per crescere e dividersi. Infatti, quando i ricercatori hanno testato queste ipotesi su due gruppi diversi di lievito, hanno scoperto che quello che era presente a gruppi di cellule cresceva e si divideva, mentre le cellule di lievito che vivevano da sole non ci riuscivano.
Murray ha detto che il lavoro offre una spiegazione del perché organismi unicellulari potrebbero avere inizialmente iniziato ad unirsi all’inizio della storia della vita, anche se è impossibile dimostrare definitivamente che questo sia davvero quello che è successo. “Poiché c’è un vantaggio a vivere insieme in queste circostanze, e poiché sappiamo che molti organismi unicellulari liberano enzimi nel loro ambiente, questo può essere stato la forza evolutiva che ha portato alla pluricellularità,” ha detto Murray. Anche se, ha proseguito, “a meno di inventare il viaggio nel tempo e tornare indietro di diversi miliardi di anni per vedere se è davvero successo così… questa ultima ipotesi resterà una speculazione.”
