Un metodo per la progettazione di antibiotici basato sulla codifica binaria casuale, sviluppato da un team guidato dal National Physical Laboratory (NPL), potrebbe aprire nuove opportunità nella scoperta di farmaci.

L'attività biologica è codificata in sequenze molecolari di venti amminoacidi unici. L'attività antimicrobica non fa eccezione ed è programmata in brevi sequenze chiamate peptidi antimicrobici, che vengono utilizzati dal nostro sistema immunitario per combattere i batteri.

Poiché la diffusione della resistenza agli antimicrobici spinge la necessità di una più forte, trattamenti più rapidi e selettivi, i ricercatori stanno sviluppando nuove sequenze basate su questi peptidi naturali da utilizzare nelle terapie antimicrobiche. Però, molto rimane sconosciuto su tali sequenze - in particolare, quali sequenze sono più efficaci contro i batteri senza danneggiare le cellule del nostro stesso corpo? E quali caratteristiche strutturali guidano la selettività?

Un team internazionale di ricercatori guidati da NPL ha deciso di esplorare la selettività antimicrobica creando due serie di milioni di sequenze antimicrobiche casuali costruite da soli due amminoacidi. Si prevedeva che la prima serie di sequenze che avevano creato avrebbe ucciso efficacemente i batteri, colpendo anche i globuli rossi umani; il secondo set di sequenze è stato creato per colpire esclusivamente le cellule batteriche.

Per realizzare questo, il team ha sfruttato la proprietà della chiralità sostituendo uno dei due amminoacidi con la sua immagine speculare. Tutte le sequenze proteiche presenti in natura sono chirali (cioè non identiche alla loro immagine speculare), una proprietà che porta le loro forme di chiralità inversa (immagine speculare) a non essere in grado di avere un impatto sul nostro sistema immunitario. In contrasto, i batteri spesso cambiano la chiralità per produrre antibiotici in grado di combattere altri batteri, e può quindi essere influenzato da sequenze di chiralità inversa.

Di conseguenza, l'insieme di sequenze antimicrobiche con chiralità parzialmente invertita ha effettivamente ucciso i batteri, inclusi i superbatteri MRSA e VSE, senza influenzare negativamente le cellule umane, anche a concentrazioni molto elevate. Più sorprendentemente, le due serie di sequenze mostravano due meccanismi fisici fondamentalmente diversi:le sequenze omochirali tossiche tendevano a perforare le membrane batteriche, mentre le sequenze di chiralità inversa altamente selettive non hanno lasciato segni visibili sulle superfici della membrana.

Le scoperte, riportato sul giornale Angewandte Chemie e condotto in collaborazione con l'Università Ebraica di Gerusalemme, l'Università di Brighton, l'Università dell'Australia occidentale e l'Università di Oxford, potrebbe aprire nuove opportunità nella scoperta di farmaci per la codifica di antimicrobici altamente selettivi.

Misurazioni riproducibili dell'attività antimicrobica sono essenziali per garantire la fiducia nella prossima generazione di farmaci sicuri, trattamenti efficaci, e il gruppo di biotecnologia di NPL sta sviluppando l'infrastruttura di misurazione necessaria per sostenere la scoperta e lo sviluppo di antimicrobici.