La fototassi è la capacità degli organismi di muoversi direzionalmente in risposta a una sorgente luminosa. Molti cianobatteri mostrano fototassi, sia verso che lontano da una fonte di luce. Nell’ambiente, la capacità di muoversi in condizioni di luce ottimali per la fotosintesi è probabile che sia un vantaggio. Siamo particolarmente interessati a come le cellule percepiscono la luce di diverse lunghezze d’onda; i fotorecettori coinvolti e la cascata di trasduzione del segnale coinvolti in questo processo.

Per sezionare il processo di motilità e fototassi in Synechocystis sp. abbiamo generato una libreria di mutanti motility-transposon-tagged. Molti di questi mutanti taggati-motilità mappati a geni chemiotassi simili a loci che abbiamo chiamato loci fiscale. I ruoli delle proteine della chemiotassi nella trasduzione del segnale sono abbastanza ben compresi nei batteri enterici flagellati, ma molto meno in altri sistemi. Synechocystis sp. ha tre loci fiscali, due dei quali sono coinvolti nelle risposte motilità. L’interruzione del locus tax1 (che contiene un fotorecettore, TaxD1) produce mutanti che sono fototattici negativamente mentre i mutanti tax3 sono non mobili e non hanno pili. Diversi nuovi mutanti che sono aberranti nella fototassi vengono caratterizzati utilizzando approcci biochimici e genetici. Abbiamo sviluppato un modello preliminare di fototassi e stiamo sviluppando un sistema per analizzare la fototassi nei cianobatteri termofili isolati da stuoie microbiche.
Abbiamo dimostrato che nel modello organismo Synechocystis. sp. la fototassi è un fenomeno dipendente dalla superficie che richiede pili di tipo IV piuttosto che flagelli. Molti batteri Gram negativi hanno pili di tipo IV, che sono lunghe appendici superficiali multifunzionali e proteinacee. È interessante notare che i pili di tipo IV sono necessari per diverse funzioni come la motilità sociale, il riconoscimento ospite-patogeno, la capacità di assorbire il DNA esogeno e la formazione di biofilm.

Attualmente stiamo usando microscopia video time lapse e programmi di tracciamento per seguire singole cellule e popolazioni per porre domande di base sui parametri che governano la motilità. In collaborazione con Doron Levy (Dipartimento di Matematica, Università del Maryland) stiamo modellando le dinamiche sociali nella motilità dipendente dalla superficie. Recentemente abbiamo anche avviato collaborazioni con il gruppo di K. C. Huang (Dipartimento di Bioingegneria, Stanford) per simulare e controllare la motilità dipendente dalla superficie. È probabile che le cellule funzionino come gruppi e le dinamiche della comunicazione di gruppo possono essere mediate attraverso segnali pili e molecolari come cAMP. Il ruolo della comunicazione è particolarmente rilevante per le stuoie microbiche e altre comunità batteriche in ambienti naturali.

FILM E IMMAGINI: IN ARRIVO!

PUBBLICAZIONI RILEVANTI (versione PDF disponibile sotto Pubblicazioni)
1. Burriesci M. e Bhaya D. (2008) Monitoraggio delle risposte fototattiche e modellazione della motilità di Synechocystis sp. ceppo PCC6803 J. Photochem. Fotobiolo. 91 (2-3): 77-86
2. Bhaya, D, Levy, D., Requeijo, T. Dinamica di gruppo della fototassi: Sistemi stocastici a molte particelle interagenti e loro limite di Continuum, in S. Benzoni-Gavage e D. Serre (Eds.), “Problemi iperbolici: teoria, numeri, applicazioni”, Atti dell’Undicesima Conferenza internazionale sui problemi iperbolici, Lione, 2006. Springer-Verlag, Berlino, 2008, pp. 145–159.
3. Bhaya, D., (2004) Light matters: Fototassi e trasduzione del segnale nei cianobatteri unicellulari Mol. Microbiolo. 53: 745-754
4. Ng, W-O, Grossman A. R. e D. Bhaya (2003) Ingressi multipli di luce controllano la fototassi in Synechocystis sp. Ceppo PCC6803 J.Batteriolo 185:1599-607.
5. Bhaya D, Takahashi A, Shahi P. e A R. Grossman (2001) Nuovi mutanti di motilità da Synechocystis PCC6803 generati dalla mutagenesi trasposonica in vitro. J. Batteriolo. 183: 6140-6143
6. Bhaya, D., Fazeli F, Nakasugi KN e Burriesci M., (2006) Fototassi e motilità alterata in adenilil ciclasi e mutanti proteici del recettore della ciclasi di Synechocystis sp. Ceppo PCC6803 J. Batteriolo 188: 7306-7610
7. Bhaya D, Takahashi, A e A R. Grossman (2001) Regolazione della luce della motilità pilus-dipendente da TypeIV mediante elementi simili a chemosensori in Synechocystis PCC 6803. Proc. Natl. Acad. Sic. U. S. A., 98: 7540-7545
8. Bhaya, D, NR Bianco, D. Bryant e A. R. Grossman (2000) Tipo IV pilus biogenesi e motilità nel cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803. Mol. Microbiolo. 37: 941-951
9. Bhaya, D. e A. R. Grossman (1999) Il ruolo di un fattore sigma alternativo nella motilità e nella formazione del pilus nel cyanobacterium Synechocystis sp. ceppo PCC6803. Proc. Natl. Acad. Sic. U. S. A., 96: 3188-3193