Un team di scienziati del laboratorio VIB di Han Remaut (VIB-VUB) e del laboratorio di Yves Dufrêne presso l'UCL Louvain-La-Neuve hanno collaborato a uno studio sugli amiloidi funzionali – aggregati proteici con la tipica struttura amiloide che non portano alla malattia ma piuttosto svolgono una funzione biologica dedicata. Guidato da Mike Sleutel (VIB-VUB), il team ha utilizzato un nuovo metodo di microscopia per esaminare la formazione di amiloidi funzionali da parte dei batteri in tempo reale, osservando la crescita chiave e le caratteristiche regolatorie che potrebbero portare a nuovi biomateriali, nonché approfondimenti sullo sviluppo e la progressione delle malattie umane causate da placche amiloidi patologiche. La loro ricerca è pubblicata sulla rinomata rivista scientifica Natura chimica biologia .
Negli umani, gli amiloidi sono associati a malattie neurodegenerative come l'Alzheimer, Parkinson e malattia di Huntington, e malattie da prioni come l'encefalopatia spongiforme bovina (BSE) e la malattia di Creutzfeldt-Jakob. In questi amiloidi patologici, le proteine sono intrappolate in una forma tossica che causa la morte cellulare, e portando a danni al cervello e agli organi e infine alla morte.
Proteine con uno scopo
Le placche amiloidi sono composte da proteine o frammenti proteici che si organizzano in fibre a spirale che crescono continuamente attirando nuove molecole. Ricerche precedenti hanno indicato che il danno tissutale risultante nella malattia umana è causato principalmente da piccoli aggregati proteici generati durante le prime fasi della formazione dell'amiloide. Questi predecessori molecolari dell'amiloide sono composti dalle stesse subunità, ma differiscono nella struttura. batteri, però, hanno la notevole capacità di produrre "amiloidi funzionali" attraverso un percorso deliberato che non comporta la formazione di intermedi tossici.
Prof. Dr. Han Remaut (VIB-VUB):"L'obiettivo di questa ricerca era di saperne di più sul processo mediante il quale i batteri sono in grado di eludere lo sviluppo di questi nocivi intermedi tossici. Per fare ciò, ci siamo affidati alla microscopia a forza atomica ad alta velocità, che ci ha permesso di osservare la crescita delle singole fibre amiloidi 100 volte più velocemente di quanto possano fare i microscopi a forza atomica convenzionali".
Nuovi percorsi creano amiloidi non tossici
Gli scienziati hanno scoperto che curli, un tipo di amiloidi funzionali creati da E. coli per formare biofilm, seguono un processo di sviluppo diverso rispetto alle amiloidi patologiche. Hanno visto le fibre ricci generarsi e crescere sotto il microscopio a forza atomica. Durante il processo di formazione del nucleo dello sviluppo dell'amiloide, le subunità curli si raccolgono in fibre di dimensioni minime che hanno immediatamente le stesse proprietà dei curli maturi.
Dr. Mike Sleutel (VIB-VUB):"Le fibre Curli sono formate in modo tale che le subunità si organizzino prontamente in un frammento amiloide minimo senza formare nessuno degli stati intermedi tossici che sono coinvolti nelle malattie amiloidi. Inoltre, abbiamo scoperto che i batteri hanno la capacità di regolare la crescita di queste fibre curli producendo proteine che possono bloccare i siti in cui si legherebbero le subunità in entrata".
Affascinanti strade future
I Curli sono un sistema modello ideale da utilizzare per scoprire le differenze tra amiloidi funzionali e patologiche, e capire come i batteri sono in grado di trattare tipi di amiloidi potenzialmente tossici senza essere danneggiati. Ancora di più, gli amiloidi funzionali potrebbero servire come futuri elementi costitutivi di nuovi biomateriali.
Studente di dottorato e coautore Imke Van Den Broeck (VIB-VUB):"Un interessante percorso di ricerca che stiamo perseguendo è la produzione di fibre amiloidi geneticamente modificate per mostrare gruppi funzionali di interesse, come anticorpi, enzimi, ecc. Usando questo approccio, prevediamo la formazione di nanofili autoassemblanti con funzioni programmabili per creare una nuova classe di biomateriali".
