Una ricerca internazionale, pubblicata su *Nature Communications*, ha getto nuova luce sulla vulnerabilità termica di alcuni microrganismi, mettendo in discussione modelli consolidati sulla relazione tra danneggiamento proteico e morte cellulare.
Lo studio, frutto di una collaborazione interdisciplinare che unisce spettroscopia neutronica, dinamica molecolare e biologia comparata, rivela come la sopravvivenza di batteri adattati al freddo sia significativamente più precaria del previsto, con implicazioni profonde per la nostra comprensione degli ecosistemi polari e per lo sviluppo di biotecnologie.
Il progetto, coordinato dal professor Alessandro Paciaroni e con un contributo cruciale della dottoranda Beatrice Caviglia, ha sfruttato le avanzate capacità dell’Institut Laue-Langevin (ILL) di Grenoble, in collaborazione con il team di Judith Peters e con le competenze in simulazioni di dinamica molecolare di Fabio Sterpone.
L’approccio innovativo ha permesso di analizzare la risposta a variazioni di temperatura di tre specie batteriche con adattamenti termici radicalmente diversi: *Psychrobacter arcticus*, specializzato in ambienti freddi (*psicrofilo*), *Escherichia coli*, un organismo “standard” adattato alle temperature ambientali (*mesofilo*), e *Aquifex aeolicus*, un abitante di sorgenti idrotermali con estrema tolleranza al calore (*ipertermofilo*).
I risultati hanno sorpreso i ricercatori.
In *Escherichia coli* e *Aquifex aeolicus*, la morte cellulare si verifica a temperature molto vicine al punto di inizio dello *unfolding* proteico – il processo di perdita di struttura tridimensionale e, conseguentemente, di funzionalità delle proteine.
Tuttavia, in *Psychrobacter arcticus*, l’arresto della vitalità cellulare si manifesta a temperature inferiori di circa 20 gradi Celsius rispetto all’inizio del danneggiamento proteico.
Questa discrepanza suggerisce che la stabilità proteica, sebbene essenziale per la sopravvivenza in condizioni ottimali, non sia il fattore limitante in organismi adattati al freddo estremo.
L’ipotesi centrale avanzata dal gruppo di ricerca propone che l’adattamento a temperature glaciali imponga una maggiore flessibilità strutturale di enzimi chiave.
Questa flessibilità, cruciale per garantire l’efficienza catalitica alle basse temperature, rende gli enzimi più sensibili ai piccoli incrementi termici, portando al collasso del metabolismo cellulare a temperature relativamente basse.
In altre parole, l’estrema adattabilità al freddo comporta un compromesso: la maggiore flessibilità proteica, sebbene vantaggiosa a basse temperature, aumenta la vulnerabilità a lievi variazioni termiche.
Questa scoperta ridefinisce il rapporto tra la dinamica intracellulare, la stabilità del proteoma e la sopravvivenza microbica.
Le implicazioni di questa ricerca sono ampie e spaziano dalla comprensione dell’ecologia microbica degli ambienti polari, spesso cruciali per i cicli biogeochimici globali, allo sviluppo di biotecnologie innovative.
Ad esempio, la comprensione dei meccanismi che regolano la vulnerabilità termica in microrganismi adattati al freddo potrebbe ispirare la progettazione di nuovi enzimi più stabili e attivi in condizioni di stress termico, o di biomateriali con proprietà uniche.
Infine, questo studio sottolinea l’importanza di approcci interdisciplinari per svelare le complessità della vita microbica e per affrontare le sfide scientifiche del futuro.
