Gli alcaloidi tossici sono spesso antimicrobici, ma alcuni batteri sembrano usarli come cibo.
Le sostanze chimiche alcaloidi bagnano la pelle delle rane freccia velenose (come il diablito (Oophaga sylvatica) dell’Ecuador, mostrato). Alcuni microbi sembrano prosperare — e persino nutrirsi — delle potenti tossine.
Veleno? Quale veleno? Alcuni batteri potrebbero trattare le potenti tossine che bagnano la pelle delle rane freccia velenose come un buffet. Le sostanze chimiche alcaloidi che le rane freccia velenose utilizzano sulla loro pelle aumentano la varietà di specie microbiche che vi abitano, riportano i ricercatori il 4 dicembre su Current Biology. Alcuni di questi microbi sembrano persino nutrirsi dei potenti alcaloidi.
Le rane freccia velenose (Dendrobatidae) raccolgono e concentrano alcaloidi tossici nei loro corpi da certi insetti velenosi e altri artropodi nella loro dieta. Le sostanze chimiche si infiltrano sulla pelle e sono un deterrente potenzialmente letale contro i predatori. Gli alcaloidi sono anche antimicrobici, e la biologa Stephanie Caty si è chiesta come potrebbero influenzare il microbioma sulla pelle delle rane.
Mentre era una studentessa laureata alla Stanford University, Caty e i suoi colleghi hanno raccolto campioni di batteri e funghi dalla pelle di 11 specie di rane dendrobatidi da varie località in Ecuador. I ricercatori hanno analizzato i geni nei campioni per identificare quali specie microbiche fossero presenti. Il team di Caty ha anche misurato i livelli relativi di alcaloidi nella pelle delle rane, classificandoli in gruppi ad alto, medio e basso contenuto di alcaloidi.
Le specie di rane con concentrazioni più elevate di alcaloidi tossici sulla pelle avevano una maggiore diversità di specie batteriche e fungine che vi abitavano, ha scoperto il team. Quando Caty e i suoi collaboratori hanno nutrito una specie di rane freccia velenose allevate in laboratorio con l’alcaloide decaidrochinolina, o DHQ, la comunità di batteri sulla pelle è diventata più diversificata rispetto a prima.
Insieme, questi risultati suggeriscono che le condizioni ostili della pelle delle rane freccia velenose creano una nicchia ecologica unica che un sottoinsieme di microbi sfrutta.
Alcuni batteri, in particolare, potrebbero prosperare perché si nutrono effettivamente delle tossine. I ricercatori hanno nutrito colonie di batteri della pelle con ammonio e DHQ modificati con versioni extra pesanti di azoto e carbonio. Hanno tracciato dove finivano quegli elementi insoliti, e alcuni batteri hanno incorporato gli atomi di carbonio del DHQ nelle loro stesse cellule.
“Sembra proprio che [i batteri] stiano usando [il carbonio degli alcaloidi] per costruire nuovo materiale cellulare,” dice Caty.
Questa non sarebbe la prima prova di batteri che mangiano alcaloidi tossici, dice, ma esempi dalla natura sono rari. Alcuni batteri possono scomporre la caffeina, per esempio. Inoltre, i microbi nell’intestino dei ratti del deserto digeriscono le tossine delle piante di creosoto, risparmiando ai loro ospiti roditori l’avvelenamento.
Gli alcaloidi delle rane freccia velenose sono stati quasi sempre studiati attraverso la lente del loro ruolo nel dissuadere i predatori e di come sono stati cooptati dalla dieta delle rane, dice Andrés Brunetti, un ecologo chimico presso il Max Planck Institute for Chemical Ecology a Jena, in Germania. Ma i nuovi risultati aggiungono “un altro giocatore al gioco.” “Quindi, ora non sono solo il predatore e la rana e gli acari o le formiche di cui si nutrono che interagiscono attraverso gli alcaloidi, ma anche i microbi,” dice. “Questo è davvero meraviglioso per comprendere la complessità dell’ecosistema.”
Caty dice che i risultati aprono molte altre strade per la ricerca. Per esempio, le rane freccia velenose sono generalmente più resistenti all’infezione o alla morte dal fungo chitridio che minaccia gli anfibi a livello globale, dice. Le tossine, o il modo in cui modificano il rivestimento microbico delle rane, potrebbero offrire protezione in qualche modo.