Le cellule sono l’unità funzionale di ogni essere vivente, sia per gli organismi unicellulari come i batteri sia per quelli pluricellulari più complessi come l’uomo. Due fondamentali processi metabolici, che generano delle risposte cellulari, sono lo scambio tra l’ambiente esterno e quello interno e la comunicazione tra una cellula e l’altra. L’ossido nitrico (NO) è una molecola gassosa particolarmente inquinante, da tutti è ritenuto uno dei fattori principali che hanno determinato il buco nello ozono. Dalla fine degli anni ’70 l’NO assume un ruolo biologico significativo, quale mediatore intracellulare, divenendo un’importante molecola segnale coinvolta in numerose funzioni cellulari.
Nel nostro organismo l’ossido nitrico è prodotto durante il processo di conversione dell’amminoacido arginina in citrullina grazie all’azione di un particolare enzima, l’ossido nitrico sintasi (NOS). La regolazione della pressione sanguigna, la comunicazione neurale e la risposta immunitaria sono alcuni processi in cui l’NO è implicato, agendo in essi come vaso dilatatore, neurotrasmettitore ed agente antimicrobico. Infatti l’ossido nitrico sintasi, in particolari condizioni di difesa, rilascia nella cellula elevate quantità di ossido nitrico, tossiche per se stessa, ma con la funzione di contrastare l’azione dei microrganismi patogeni. Più in generale l’ossido nitrico influenza i processi cellulari degli eucarioti, esercitando la propria azione di molecola segnale ubiquitaria tramite modifiche post-traduzionali delle proteine; un esempio di ciò è il processo di nitrosilazione (descritto da Stamler et al. in un articolo sulla rivista Cell nel settembre 2001).
Tale reazione chimica consiste nella formazio di un complesso noto come SNO, dovuto al legame tra la molecola di NO con il gruppo tiolico delle cisteine e i siti di legame dei metalli di specifiche proteine. Nella cellula quando il meccanismo di nitrosilazione proteico non funziona in modo corretto insorgono particolari patologie come si è osservato nei neuroni affetti dall’Alzheimer. Negli organismi eucarioti, quindi, la S-nitrosilazione delle proteine è un importante meccanismo di comunicazione cellulare e fino ad ora non è stato preso in esame nei procarioti, più precisamente nei batteri.
In un recente articolo pubblicato da Science i ricercatori americani della Case Western Reserve University School of Medicine and University Hospitals Case Medical Center di Cleveland affermano che la S-nitrosilazione proteica è una reazione metabolica presente anche nelle cellule batteriche di Escherichia coli.
Gli scienziati hanno osservato che E. coli produce ossido nitrico. Esso deriva dalla respirazione anaerobica che i batteri svolgono in un ambiente privo di ossigeno e in un mezzo di coltura in cui vi sono molecole di nitrato, utilizzate come fonte energetica. Tutto questo processo è controllato dal fattore trascrizionale OxyR, che in precedenza si pensava agisse solo in condizioni aerobiche provocando reazioni di ossidazione. Inoltre in E. coli i ricercatori americani individuano 150 geni coinvolti nella produzione dell’SNO e l’osservazione dei ceppi batterici mutati in questi geni rivela che nei batteri vi sono danni cellulari paragonabili a quelli osservati nelle cellule umane colpite da diverse patologie.
Riassumendo questi recenti studi dimostrano che i batteri producono ossido nitrico e lo usano come molecola segnale, inoltre la S-nitrosilazione è un importante protagonista della respirazione anaerobica su substrati ricchi di nitrati. La comprensione della regolazione di tale processo in E. coli è di particolare interesse anche perché potrà porre le basi per lo sviluppo di nuovi antibiotici e di nuovi farmaci per la cura del cancro, di malattie cardiache e celebrali. Considerando questa scoperta sul piano evoluzionistico si può affermare che il meccanismo di comunicazione cellulare, mediato dal rilascio di ossido nitrico, si è mantenuto e conservato in un arco di tempo di miliardi di anni, a partire dagli esseri viventi primordiali (procarioti) fino a quelli superiori come l’uomo.