Chromatin is dispensable for bacterial life

All'interno di ogni cellula vivente, le istruzioni genetiche per la vita non fluttuano liberamente in un groviglio sciolto. Invece, i lunghi filamenti di DNA sono strettamente organizzati e avvolti attorno a proteine speciali, formando una struttura che gli scienziati chiamano cromatina. Pensate a questa disposizione come a una biblioteca dove i libri non sono solo ammucchiati sul pavimento, ma sono accuratamente riposti sugli scaffali e indicizzati, permettendo alla cellula di trovare e leggere l'informazione giusta al momento giusto. In forme di vita complesse come gli esseri umani, questi scaffali proteici sono costruiti da un tipo specifico chiamato istoni. Nei batteri, gli organismi unicellulari microscopici che abitano la Terra da miliardi di anni, il lavoro è svolto da un diverso set di proteine note come proteine associate al nucleoide. Queste proteine batteriche piegano, avvolgono e collegano il DNA per mantenerlo compatto e organizzato all'interno del minuscolo spazio della cellula. Per molto tempo, gli scienziati hanno assunto che questo partenariato tra proteine e DNA fosse così fondamentale per la vita che una cellula non avrebbe potuto sopravvivere senza di esso, proprio come una biblioteca non potrebbe funzionare se tutti i suoi scaffali venissero rimossi.

Un team di ricercatori si è posto l'obiettivo di testare questa ipotesi ponendosi una domanda audace: potrebbe un batterio vivere se non avesse affatto le proteine della cromatina? Per trovare la risposta, hanno lavorato con l'E. coli, un comune batterio che funge da modello standard per comprendere la vita cellulare. Hanno identificato le nove proteine più abbondanti che normalmente rivestono e organizzano il DNA batterico. Una alla volta, e poi in combinazione, hanno rimosso le istruzioni genetiche per queste proteine dal genoma stesso del batterio. Il risultato è stato un ceppo unico di E. coli che mancava interamente della sua cromatina nativa. Ciò ha creato una cellula vivente che doveva gestire il proprio materiale genetico senza il consueto supporto strutturale, costringendo i ricercatori a osservare come l'organismo si adattasse a questo radicale cambiamento.

Gli scienziati hanno osservato attentamente per vedere cosa sarebbe successo all'architettura interna della cellula e alla sua capacità di crescere. Hanno esaminato come il DNA fosse impacchettato, come si torcesse e come la cellula leggesse i suoi geni. Sorprendentemente, il batterio non è morto. La cellula ha continuato a vivere, dividersi e svolgere le funzioni basilari necessarie per la vita, dimostrando che le proteine della cromatina non sono strettamente essenziali per la sopravvivenza batterica. Tuttavia, il costo di questa sopravvivenza è stato significativo. Senza le proteine organizzatrici, la struttura interna della cellula è cambiata in modi inaspettati. Il DNA ha perso parte della sua specifica organizzazione e il modo in cui la cellula controllava i suoi geni è diventato caotico. Invece di attivare o disattivare geni specifici secondo schemi precisi, la cellula ha iniziato a produrre un livello di attività più uniforme e piatto in tutto il suo genoma. Questa confusione globale significava che la cellula aveva perso la capacità di regolare finemente le sue risposte all'ambiente o di tenere sotto controllo determinati elementi genetici dannosi, come i virus dormienti.

Lo studio rivela che, sebbene un batterio possa esistere fisicamente senza le sue proteine della cromatina, fatica a funzionare con la stessa precisione e flessibilità di una cellula normale. Le proteine non sono lì solo per tenere insieme il DNA; esse agiscono come un sofisticato sistema di gestione che compartimentalizza l'informazione genetica, permettendo alla cellula di sopprimere elementi egoisti e di riprogrammare la propria attività rapidamente quando le condizioni cambiano. La creazione riuscita di questo ceppo privo di proteine mostra che la macchina della vita è più robusta di quanto precedentemente pensato, capace di operare anche quando privata dei suoi strumenti organizzativi co-evoluti. Allo stesso tempo, i risultati evidenziano quanto siano vitali queste proteine per il controllo complesso e dinamico della vita, suggerendo che, sebbene sia possibile riprogettare radicalmente il modo in cui i batteri gestiscono i loro geni, farlo senza questi regolatori naturali lascerebbe l'organismo in difficoltà nel navigare in un mondo che cambia.