Nuovo approccio spinge i batteri a produrre potenziali composti antibiotici e antiparassitari

Immagine: actinobatteri. Credit: Public Domain.

I ricercatori hanno sviluppato un metodo per stimolare la produzione di nuovi composti antibiotici o antiparassitari che si nascondono nei genomi degli actinobatteri che sono la fonte di farmaci come Actinomicina e Streptomicina e che sono noti per ospitare altre ricchezze chimiche non sfruttate.

Gli scienziati hanno riportato i loro risultati sulla rivista eLife.

“I ricercatori volevano superare un problema vecchio di decenni che affrontano coloro che sperano di studiare e fare uso degli innumerevoli composti antibiotici, antifungini e antiparassitari che i batteri possono produrre”, ha dichiarato Satish Nair, un Professore di biochimica dell’Università di Illinois a Urbana-Champaign. “In condizioni di laboratorio, i batteri non producono il numero di molecole che hanno la capacità di produrre”, ha detto il ricercatore. “E questo perché molti sono regolati da ormoni che non vengono prodotti a meno che i batteri non siano minacciati”.

Immagine: i ricercatori hanno utilizzato una varietà di tecniche, tra cui l’estrazione del genoma, per identificare i batteri che producono composti difensivi in ​​risposta all’esposizione agli ormoni. Il loro approccio aiuterà nella scoperta di nuovi antibiotici e altre molecole utili dal punto di vista medico. Grafica di Julie McMahon per l’Università dell’Illinois.

Nair e i suoi colleghi volevano determinare in che modo tali ormoni influenzano la produzione di antibiotici negli attinobatteri. Esponendo i loro batteri all’ormone giusto o alla combinazione di ormoni, i ricercatori sperano di stimolare i microbi a produrre nuovi composti che siano utili dal punto di vista medico.
Il team si è concentrato sull‘avenolide, un ormone più chimicamente stabile di quello utilizzato in precedenti studi sugli ormoni batterici. Avenolide regola la produzione di un composto antiparassitario noto come Avermectina in un microbo del suolo. Una versione modificata chimicamente di questo composto, l’Invermectina, viene utilizzata come trattamento per la cecità fluviale, una malattia trasmessa da mosche che ha accecato milioni di persone, principalmente nell’Africa subsahariana, prima che il farmaco fosse sviluppato. Per il nuovo studio, il chimico Iti Kapoor ha sviluppato un processo più snello per la sintesi di avenolide in laboratorio rispetto a quanto precedentemente disponibile. Ciò ha permesso al team di studiare le interazioni dell’ormone con il suo recettore sia all’interno che all’esterno delle cellule batteriche.
“Utilizzando un metodo chiamato cristallografia a raggi X, Philip Olivares, un biochimico e Iti, sono stati in grado di determinare come l’ormone si lega al suo recettore e come il recettore si lega al DNA in assenza di ormoni. Ha detto Nair: “In genere, questi recettori siedono sul genoma e fondamentalmente agiscono come freni”.
I ricercatori hanno scoperto che quando l’ormone si lega ad esso, il recettore perde la sua capacità di aggrapparsi al DNA. Questo disattiva i freni, permettendo all’organismo di sfornare composti difensivi come gli antibiotici.
Conoscere quali regioni del recettore sono coinvolte nel legame con l’ormone e il DNA ha permesso al team di scansionare i genomi di dozzine di attinobatteri per trovare sequenze che avevano i tratti giusti per legarsi al loro recettore o a recettori simili. Questo processo, chiamato mining del genoma, ha permesso al team di identificare 90 actinobacteria che sembrano essere regolati da avenolide o altri ormoni nella stessa classe.
“Il nostro progetto a lungo termine è quello di prendere quei 90 batteri, farli crescere in laboratorio, aggiungere loro ormoni sintetizzati chimicamente e vedere quali nuove molecole vengono prodotte“, ha detto Nair. “La bellezza del nostro approccio è che ora possiamo far sì che i batteri producano grandi quantità di molecole che normalmente non saremmo in grado di produrre in laboratorio. È probabile che alcuni di questi nuovi composti abbiano rilevanza medica”, ha affermato il ricercatore.