Modifiche post-traduzionali delle proteine nei batteri e loro influenza nell'interazione con altri microrganismi

In this graduation thesis, the chemical modifications of proteins following their translation are dealt with in detail; these are covalent modifications that significantly affect protein properties and activities and represent one of the factors that justify the large number of existing proteins, identified and studied in proteomics. In this paper it is explained how proteomics concerns the large-scale study of proteins, in particular of their structures and functions; this branch of biological sciences is included in the "omics" sciences that characterize systems biology. This term was coined by Wilkins and its meaning is “proteins expressed by genome”. Various techniques for this study are then listed: the most important is two-dimensional electrophoresis. In the second part, experimental data were collected regarding three post-translational modifications of bacterial peptides and identified proteins, characterized by validated experimental methods based on MS: phosphorylation, succinylation and acetylation. In conclusion, proteomics proved to be the method of choice for studying the surface architecture of bacterial cells helping to define the location and topology of proteins and addressing the extremely dynamic and constantly renewing nature of the environmentally influenced proteasurfaceome. The exploitation of technological innovations in proteomics and mass spectrometry has improved knowledge in the field of probiotics and has allowed elucidation on the molecular mechanisms of probiotic action. Therefore, new tools are provided for the selection of strains with specific healthy promotion functions. Future research perspectives should include the analysis of post-translational modifications of surface proteins (glycoproteomics, phosphoproteomics, etc.) and the investigation of their effects in interaction with host epithelial cells.

In questa tesi vengono trattate nel dettaglio le modifiche chimiche delle proteine a seguito della loro traduzione; si tratta di modifiche covalenti che influenzano in modo significativo le proprietà e le attività proteiche e rappresentano uno dei fattori che giustifica l’elevato numero di proteine esistenti, identificate e studiate dalla proteomica. In questo elaborato viene spiegato come la proteomica riguardi lo studio su grande scala delle proteine, in particolare delle loro strutture e funzioni; questa branca delle scienze biologiche è inclusa nelle scienze “omiche” che caratterizzano la biologia dei sistemi. Tale termine è stato coniato da Wilkins ed il suo significato è “proteins expressed by genome”. Vengono poi elencate varie tecniche per questo studio: quella più importante è l’elettroforesi bidimensionale. Nella seconda parte sono stati invece raccolti i dati sperimentali riguardanti tre modifiche post traduzionali di peptidi batterici e proteine identificate, caratterizzate da metodi sperimentali convalidati basati sulla MS: la fosforilazione, la succinilazione e l’acetilazione. In conclusione, la proteomica si è dimostrata il metodo di scelta per studiare l'architettura superficiale delle cellule batteriche contribuendo a definire la posizione e la topologia delle proteine e ad affrontare la natura estremamente dinamica e in costante rinnovamento del proteosurfaceoma influenzato dall'ambiente. Lo sfruttamento delle innovazioni tecnologiche nella proteomica e nella spettrometria di massa ha miglioratole conoscenze nel campo dei probiotici e ha permesso delucidazione sui meccanismi molecolari dell'azione probiotica. Vengono forniti, quindi, nuovi strumenti per la selezione di ceppi con specifiche funzioni di promozione sana. Le prospettive di ricerca future dovrebbero includere l'analisi delle modifiche post-traslazionali delle proteine di superficie (glicoproteomica, fosfoproteomica, ecc.) e l'indagine dei loro effetti nell'interazione con le cellule epiteliali ospiti.