Extracellular oxidative enzymes of Candida maltosa yeast grown on hexadecane

La vita segreta del lievito: piccole fabbriche in un mare d'olio

Immaginate il mondo microscopico come una città frenetica dove organismi unicellulari come il lievito sono i cittadini laboriosi. Di solito, questi cittadini mangiano zuccheri semplici, come il glucosio, che sono facili da digerire — pensate a mangiare una ciotola di avena morbida e già masticata. Ma a volte, l'ambiente cambia e l'unico cibo disponibile è qualcosa di duro e unto, come l'olio. È qui che entra in gioco la scienza della "degradazione degli xenobiotici". È lo studio di come gli esseri viventi imparino a mangiare cose per cui non erano stati originariamente progettati, come gli idrocarburi presenti nel petrolio.

Per capire questo, è necessario conoscere due strumenti chiave che questi microbi utilizzano. In primo luogo, ci sono gli enzimi ossidativi. Potete pensarli come piccole forbici chimiche o candele di una candela di accensione. Il loro compito è tagliare o "ossidare" molecole complesse e unte in modo che la cellula possa effettivamente usarle per l'energia. In secondo luogo, ci sono le strutture extracellulari. Questi sono come strumenti o impalcature che la cellula costruisce fuori dal proprio corpo. Proprio come un essere umano potrebbe usare una scala per raggiungere uno scaffale alto, questi microbi costruiscono strutture all'esterno delle loro pareti cellulari per afferrare ed elaborare il cibo che è troppo grande o troppo scivoloso per essere mangiato direttamente. Gli scienziati sospettavano da tempo che, quando il lievito mangia l'olio, costruisca queste speciali strutture esterne per aiutare nel lavoro, ma l'esatta natura degli "strumenti" al loro interno è stata un po' un mistero.

Il lievito mangia-grassi e i suoi strumenti segreti

In questo studio, un team di ricercatori del Centro Scientifico per la Ricerca Biologica di Pushchino ha deciso di investigare su un tipo specifico di lievito chiamato Candida maltosa. Volevano vedere cosa succede quando questo lievito è costretto a mangiare esadecano, un tipo di molecola d'olio, invece della sua solita dieta di zucchero. I ricercatori avevano un'intuizione: quando il lievito mangia l'olio, non cambia solo la sua cucina interna; costruisce una speciale "postazione di lavoro esterna" fatta di tunnel della parete cellulare e polisaccaridi (zuccheri) appiccicosi per aiutare a scomporre l'olio. Sospettavano che questa postazione di lavoro fosse piena di forbici chimiche (enzimi) necessarie per svolgere il lavoro.

Per testare questo, gli scienziati hanno coltivato due lotti di lievito: uno con una dieta di glucosio (zucchero) e un altro con una dieta di esadecano (olio). Una volta che il lievito si era stabilizzato nella sua crescita, il team aveva bisogno di raccogliere la "postazione di lavoro esterna" senza rompere le cellule del lievito stesso. Hanno utilizzato un trattamento a ultrasuoni delicato — essenzialmente una vibrazione sonora — per scuotere via gli strati esterni appiccicosi e zuccherini dalle cellule, lasciando le cellule intatte. Era come usare una pompa ad alta pressione per lavare la polvere da un'auto senza graffiare la vernice. Hanno poi separato con cura questa "polvere" (la frazione extracellulare) dalle cellule per vedere cosa c'era dentro.

I risultati sono stati affascinanti. Quando hanno osservato il lievito cresciuto con l'olio, hanno scoperto che il lievito aveva effettivamente costruito uno strato di "polvere" molto più complesso e abbondante rispetto ai mangiatori di zucchero. Al microscopio, questo strato appariva come una rete lassa e non strutturata di zuccheri e proteine. Ma la vera scoperta risiedeva nella composizione chimica di questa rete.

I ricercatori hanno scoperto che la "polvere" del lievito che mangia l'olio conteneva perossidasi, un enzima che agisce come una candela di accensione per l'ossidazione. Infatti, il lievito che mangia l'olio aveva tre volte più di questo enzima nel suo strato esterno rispetto al lievito che mangia lo zucchero. Ancora più sorprendente, hanno trovato il citocromo C in questo strato esterno. Di solito, il citocromo C è una proteina che si trova in profondità nelle centrali elettriche della cellula (mitocondri), agendo come trasportatore di elettroni. Trovarlo fuori dalla cellula, attaccato alla rete zuccherina, è stato un indizio fondamentale. I ricercatori hanno utilizzato test speciali di spettroscopia luminosa per confermare la presenza di questo citocromo, notando che era presente solo quando il lievito mangiava l'olio, non lo zucchero.

Tuttavia, lo studio ha anche escluso alcune possibilità. I ricercatori hanno controllato la catalasi, un altro enzima che vive all'interno della cellula. Hanno trovato zero catalasi nello strato esterno. Questo è stato un controllo cruciale; ha dimostrato che il loro metodo delicato a ultrasuoni non aveva accidentalmente distrutto le cellule. Se le cellule si fossero rotte, la catalasi sarebbe filtrata all'esterno. Poiché non è accaduto, sapevano che lo strato esterno che stavano studiando era veramente "extracellulare" (fuori dalla cellula) e non solo un ammasso di resti cellulari rotti.

Il team ha anche esaminato le proteine in questo strato esterno utilizzando una tecnica chiamata elettroforesi, che separa le proteine in base alle dimensioni. Hanno trovato una specifica banda di proteina che conteneva eme (la parte rossa del sangue che trasporta l'ossigeno, presente anche in questi enzimi). Questa banda era molto più scura e intensa nel lievito che mangia l'olio rispetto al lievito che mangia lo zucchero. Sebbene non siano riusciti a identificare con precisione ogni singola proteina, le prove suggeriscono fortemente che questa proteina contenente eme sia una forma di citocromo, probabilmente simile a una trovata in altre specie di lievito.

Quindi, cosa significa tutto questo? L'articolo suggerisce che quando il lievito Candida maltosa mangia l'olio, non lo inghiotte semplicemente intero. Inveve, costruisce una specializzata "fabbrica esterna" zuccherina attaccata alla sua parete cellulare. Questa fabbrica è dotata di strumenti specifici — perossidasi e citocromi — che lavorano insieme per iniziare a scomporre le dure molecole d'olio prima ancora che il lievito le assorba all'interno. I ricercatori propongono che questi enzimi extracellulari siano la prima linea di difesa, svolgendo il lavoro pesante dell'ossidazione proprio sulla superficie. Sebbene lo studio non pretenda di aver risolto l'intero mistero di come l'olio venga scomposto, fornisce prove solide che gli "strumenti esterni" del lievito sono essenziali per il processo, offrendo un nuovo modo per comprendere come questi piccoli organismi si adattino per sopravvivere in ambienti oleosi e inquinati.