• surfattina
• swarming
• Bacillus subtilis

Molti eubatteri possiedono la capacità di migrare su superfici solide e ciò consente loro di colonizzare più efficientemente il microambiente in cui si trovano. Tra i diversi tipi di motilità di superficie adottati dai batteri, lo sliding (o spreading) è il risultato delle forze espansive di una colonia in crescita, mentre lo swarming è un movimento multicellulare coordinato che richiede la presenza di flagelli e che prevede il differenziamento di cellule planctoniche in cellule lunghe, asettate ed iperflagellate, denominate cellule swarm.
Tra i microrganismi Gram-positivi, Bacillus subtilis è considerato un modello di studio per la motilità batterica di superficie, in quanto capace di espandersi nell’ambiente mediante sliding o swarming, comportamenti che sono, in questa specie batterica, macroscopicamente indistinguibili. Recenti studi hanno dimostrato che la surfattina, un potente biosurfattante prodotto da B. subtilis e dotato di svariate proprietà biologiche, facilita la migrazione sliding e suggeriscono che essa possa avere un ruolo anche nella motilità swarming di tale microrganismo. Altre osservazioni indicano che la motilità flagello dipendente di B. subtilis sia influenzata da swrA, gene codificante una proteina in grado di stimolare la trascrizione dell’operone della motilità/chemiotassi ed indurre, pertanto, un incremento della sintesi di flagelli e delle proteine chemiotattiche. Infatti, ceppi di B. subtilis che portano una mutazione frameshift in swrA sono incapaci di differenziamento swarming e di produrre flagelli su terreni contenenti una concentrazione di agar maggiore di 0.5%.
Il presente lavoro di tesi ha avuto lo scopo di studiare la risposta di B. subtilis al contatto con superfici a diversa viscosità e definire il contributo della surfattina e del gene swrA nella motilità sliding e nel differenziamento swarming di tale microrganismo.
Ceppi di B. subtilis con genotipo swrA+ e swrA-, capaci o incapaci di produrre surfattina, sono stati analizzati per la loro capacità di migrare su terreno Triptone-NaCl addizionato con diverse concentrazioni di agar. Mentre tutti i ceppi erano in grado di invadere rapidamente le piastre contenenti lo 0.25% di agar (piastre Mot), solo i ceppi a genotipo swrA+ e quelli produttori di surfattina migravano efficientemente su terreni contenenti concentrazioni di agar comprese tra 0.5% e 1%. Questo risultato indica che la produzione di surfattina incrementa la capacità di migrazione di tutti i ceppi e che la surfattina prodotta dal ceppo swrA- ripristina la sua capacità di migrazione in tali condizioni di crescita.
L’analisi della presenza di cellule swarm, effettuata mediante SDS-PAGE della flagellina extracellulare e valutazione della lunghezza cellulare, ha mostrato che il ceppo swrA+ non produttore di surfattina era in grado di andare incontro a differenziamento swarming a concentrazioni agar comprese tra 0.7% e 2% mentre il suo derivato, produttore di surfattina, produceva cellule swarm su terreni contenenti il 3% di agar. Questo risultato indica che il differenziamento di cellule swarm richiede un ambiente con un adeguato livello di fluidità. Infatti, quando l’ambiente è sufficientemente umido da promuovere il differenziamento swarming nei ceppi non produttori di surfattina, la produzione del biosurfattante, che diminuisce la tensione superficiale del terreno e incrementa la possibilità dei batteri di diffondersi del mezzo, inibisce il differenziamento swarming. Al contrario, quando la superficie di crescita è più asciutta e le cellule swarm non possono essere più prodotte dai ceppi non produttori di surfattina, la presenza di questo lilpopeptide surfattante rende possibile il differenziamento swarming.
In conclusione, ceppi flagellati di B. subtilis possono alternare il tipo di motilità, sliding o swarming, a seconda della condizione della superficie su cui si trovano. Inoltre, la produzione di agenti ad attività tensioattiva, come la surfattina, appare avere un ruolo determinante nella motilità sliding, ma non nell’induzione del differenziamento swarming. Questo complesso comportamento multicellulare è, invece, strettamente dipendente dall’assetto del gene swrA.