Quando i batteri interagiscono, emettono segnali cellulari che possono innescare una risposta nei loro vicini, inducendoli a comportarsi in modi diversi o a produrre sostanze diverse. Per esempio, possono comunicare per coordinare il movimento lontano dal pericolo o per emettere luce per allontanare i “predatori”. In una nuova ricerca pubblicata da Biophysical Reports, i ricercatori della Florida State University e della Cleveland State University hanno delineato un modello matematico che spiega come i batteri comunicano all’interno di un ecosistema più ampio. Comprendendo il funzionamento di questo processo, i ricercatori possono prevedere quali azioni potrebbero suscitare determinate risposte ambientali da parte di una comunità batterica. “In genere, i modelli di batteri in ambienti sintetici di laboratorio hanno comportato molte equazioni che descrivevano molte cose, ma non erano davvero flessibili per diverse applicazioni”, ha detto il co-autore Bhargav Karamched, professore presso il Dipartimento di Matematica e l’Istituto di Biofisica Molecolare della FSU. “Quello che abbiamo fatto io e i miei collaboratori è stato creare un modello matematico flessibile che può essere applicato a una varietà di impostazioni sperimentali”.
Modelli flessibili già pronti
Modelli come quello sviluppato dal team di Karamched aiutano a prevedere il modo in cui le comunità batteriche coordinano le loro attività, consentendo di regolare i parametri di una comunità, come le dimensioni della popolazione di diversi tipi di batteri o i cicli di feedback, e di adattarli a scopi diversi. Per esempio, in una popolazione di due tipi di batteri, la presenza di una quantità maggiore di uno dei due tipi può essere pericolosa per un organismo ospite, mentre una quantità maggiore dell’altro può essere benefica. Ottenere il giusto mix è fondamentale e i modelli aiutano in questo.”Ciò che manca nella biologia artificiale, in questo momento, sono questi modelli generali e flessibili già pronti“, ha detto Karamched. Questo potrebbe non catturare tutti i dettagli di una comunità batterica, ma cattura comunque il quadro generale di ciò che sta accadendo”. Scienziati e ingegneri possono usarlo per confrontarlo con il loro lavoro sperimentale e andare avanti”. I ricercatori hanno anche testato il loro modello rispetto a ricerche pubblicate in precedenza che hanno esaminato come i batteri comunicano attraverso grandi spazi vuoti. La ricerca precedente aveva rilevato che avevano bisogno solo di un ciclo di feedback positivo per segnalarsi l’un l’altro. Ma il modello di Karamched e dei suoi collaboratori prevede che anche il tasso di produzione delle molecole di segnalazione debba rientrare in un intervallo specifico perché si verifichi il coordinamento.
“Questo modello getta le basi per un’ampia gamma di esperimenti futuri che verifichino diverse interazioni e geometrie di deformazione”, ha dichiarato il coautore Shawn Ryan, professore presso il Dipartimento di Matematica e Statistica e co-direttore del Centro per l’Analisi e la Modellazione dei Dati Applicati della Cleveland State University.
