Vibrio natriegens: nuovo Host al servizio della biologia molecolare

Il batterio che soppianterà E.coli nelle tenciche di biologia molecolare?

Moltissimi studiosi in tutto il modo utilizzano E. coli come ospite per i piú diversi esperimenti di biologia molecolare. Purtroppo il classico protocollo di laboratorio richiede almeno 3 giorni: primo giorno: trasformazione, secondo giorno:  crescita in terreno liquido e terzo giorno: preparazione plasmidica. Ma siccome il “tempo è denaro” i ricercatori si sono impegnati al fine di trovare un nuovo batterio da utilizzare che fosse più maneggevole e hanno “pescato” Vibrio natriegens.

Vibrio Natrigens: scheda d’identità

Vibrio natriegens [1,2-9] è un batterio marino Gram-negativo, che é stato isolato per la prima volta dal fango di una palude salata. È infatti un organismo alofilo (particolarmente adattato a livelli di salinità piuttosto elevati) che richiede circa il 2% di NaCl per la crescita. V. natriegens è un anaeroba facoltativo e quindi è in grado di produrre ATP attraverso la respirazione aerobica ma anche di eseguire la fermentazione. Inoltre, in condizioni anaerobiche, è stato dimostrato che V. natriegens è capace di fissazione dell’azoto [3,6-16].

Questo batterio è estremamente versatile poiché è stato dimostrato che  può utilizzare una vasta gamma di molecole organiche come unica fonte di carbonio ed energia. Inoltre, è stato dimostrato che segue le stesse vie di biosintesi degli aminoacidi di E. coli [8,15], ció lo rende, dal punto di vista metabolico, molto versatile e permette di utilizzare le stesse strategie giá sviluppate per E. coli.

E. Coli e V. Natrigens a confronto

L’elevata somiglianza metabolica condivisa tra E.coli e V. natriegens è estremamente incoraggiante per gli scienziati che hanno ipotizzato che V. natriegens possa sostituire l’ E. coli, che cresce in modo relativamente lento, come l’organismo principale da utilizzare nella ricerca biotecnologica e di biologia molecolare.

In condizioni ottimali e con tutte le sostanze nutritive fornite, il tempo di duplicazione di V. natriegens può essere inferiore a 10 minuti [7], mentre il tempo medio per la duplicazione in E. coli é di 25-35 minuti in base al tipo di ceppo utilizzato.

Fig. Curve di crescita: é possibile notare che V. natriegens, oltre a crescere piú velocemente, é anche in grado di raggiungere un valore di densitá ottica molto superiore a E. coli.

 In un recente studio di Long, et. al [17], sono stati confrontati i metabolismi di V. natriegens ed E. coli al fine di colmare le lacune nella comprensione del metabolismo di V. natriegens che potrebbero contribuire alla sua rapida crescita. Questo studio ha dimostrato che il metabolismo centrale del carbonio e le vie di biosintesi degli aminoacidi di V. natriegens sono molto simili a quelli di E. coli, ció è un risultato inaspettato data la loro differenza nei tassi di crescita. Inoltre, questo studio ha rilevato che il contenuto di RNA era maggiore per V. natriegens (29%) rispetto a E. coli (21%).

Precedenti studi hanno dimostrato che il contenuto di RNA è spesso più alto per i ceppi a rapida crescita, il che può riflettere la necessità di più ribosomi per supportare i più alti tassi di crescita. Un altro studio, in precedenza, aveva rilevato che esiste un maggior numero di geni codificanti rRNA (ribosomiale) contenuti nel genoma di V. natriegens rispetto a E. coli e che presentano una maggiore attività dei promotori [7], ció si traduce in una maggiore produzione di ribosomi.

Conclusione

Vi è un enorme interesse nel chiarire i meccanismi che consentono a V. natriegens di duplicarsi cosí velocemente. Inoltre, vi è una notevole attenzione nella ricerca sull’ottimizzazione delle tecniche di biologia molecolare per V. natriegens e sull’esplorazione di potenziali applicazioni di questo batterio nella ricerca di biologia molecolare nell’industria biotecnologica.

Molti studi sono tutt’ora in corso, ma l’utilizzo di questo batterio potrebbe rivoluzionare radicalmente il lavoro di molti addetti al settore.

Referenze

  1. Delpech, R. 2001. Using Vibrio Natriegens for Studying Bacterial Population Growth, Artificial Selection, and the Effects of UV Radiation and Photo-reactivation. Journal Of Biological Education 35: 93-97.
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  7. Aiyar, S. E., Gaal, T., and Gourse, R. L. 2002. rRNA Promoter Activity in the Fast-Growing Bacterium Vibrio natriegens rRNA Promoter Activity in the Fast-Growing Bacterium Vibrio natriegens. Journal of Bacteriology, 184: 1349–1358.
  8. Lee, H. H., Ostrov, N., Wong, B. G., Gold, M. A., Khalil, A., and Church, G. M. 2016. Vibrio natriegens, a new genomic powerhouse. bioRxiv. Retrieved from http://biorxiv.org/content/early/2016/06/12/058487.abstract
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  17. Long, C. P., Gonzalez, J. E., Cipolla, R. M., and Antoniewicz, M. R. 2017. Metabolism of the fast-growing bacterium Vibrio natriegens elucidated by 13C metabolic flux analysis. Metabolic Engineering. 44:191–197.
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