Il corpo umano produce molti peptidi antimicrobici che aiutano il sistema immunitario a respingere le infezioni. Gli scienziati che sperano di sfruttare questi peptidi come potenziali antibiotici hanno ora scoperto che anche altri peptidi nel corpo umano possono avere potenti effetti antimicrobici, ampliare il pool di nuovi candidati antibiotici.

Nel nuovo studio, ricercatori del MIT e dell'Università di Napoli Federico II hanno scoperto che frammenti della proteina pepsinogeno, un enzima utilizzato per digerire il cibo nello stomaco, può uccidere batteri come Salmonella ed E. coli.

I ricercatori ritengono che modificando questi peptidi per migliorare la loro attività antimicrobica, potrebbero essere in grado di sviluppare peptidi sintetici che potrebbero essere usati come antibiotici contro i batteri resistenti ai farmaci.

"Questi peptidi costituiscono davvero un ottimo modello per l'ingegneria. L'idea ora è di utilizzare la biologia sintetica per modificarli ulteriormente e renderli più potenti, "dice César de la Fuente-Nunez, un postdoc del MIT e membro della Fondazione Areces, e uno degli autori senior del documento.

Altri autori del documento del MIT, che appare nel numero del 20 gennaio della rivista Biologia sintetica ACS , sono Timothy Lu, professore associato di ingegneria elettrica e informatica e di ingegneria biologica, e Marcelo Der Torossian Torres, un ex studente in visita.

Alla scoperta di nuove funzioni

peptidi antimicrobici, che si trovano in quasi tutti gli organismi viventi, può uccidere molti microbi, ma in genere non sono abbastanza potenti da agire da soli come farmaci antibiotici. Molti scienziati, compresi de la Fuente-Nunez e Lu, hanno esplorato modi per creare versioni più potenti di questi peptidi, nella speranza di trovare nuove armi per combattere il crescente problema posto dai batteri resistenti agli antibiotici.

In questo studio, i ricercatori hanno voluto esplorare se altre proteine ​​trovate nel corpo umano, al di fuori dei peptidi antimicrobici precedentemente noti, potrebbe anche essere in grado di uccidere i batteri. A quello scopo, hanno sviluppato un algoritmo di ricerca che analizza database di sequenze proteiche umane alla ricerca di somiglianze con peptidi antimicrobici noti.

"È un approccio di data mining per trovare molto facilmente peptidi che erano precedentemente inesplorati, " De la Fuente-Nunez dice. "Abbiamo modelli che sappiamo essere associati ai classici peptidi antimicrobici, e il motore di ricerca passa attraverso il database e trova modelli che sembrano simili a ciò che sappiamo costituisce un peptide che uccide i batteri".

In uno schermo di quasi 2, 000 proteine ​​umane, l'algoritmo ha identificato circa 800 con possibile attività antimicrobica. Nel documento di ACS Synthetic Biology, il team di ricerca si è concentrato sul pepsinogeno peptidico, il cui ruolo è quello di scomporre le proteine ​​negli alimenti. Dopo che il pepsinogeno è secreto dalle cellule che rivestono lo stomaco, l'acido cloridrico nello stomaco si mescola con il pepsinogeno, convertendolo in pepsina A, che digerisce le proteine, e in molti altri piccoli frammenti.

Quei frammenti, che in precedenza non aveva funzioni note, si sono presentati come candidati nello schermo antimicrobico.

Una volta che i ricercatori hanno identificato quei candidati, li hanno testati contro i batteri cresciuti in piatti di laboratorio e hanno scoperto che potevano uccidere una varietà di microbi, compresi i patogeni di origine alimentare, come Salmonella ed E. coli, così come altri, tra cui Pseudomonas aeruginosa, che spesso infetta i polmoni dei pazienti con fibrosi cistica. Questo effetto è stato osservato sia a pH acido, simile a quello dello stomaco, e pH neutro.

"Lo stomaco umano è attaccato da molti batteri patogeni, quindi ha senso che avremmo un meccanismo di difesa dell'ospite per difenderci da tali attacchi, "dice de la Fuente-Nunez.

Farmaci più potenti

I ricercatori hanno anche testato i tre frammenti di pepsinogeno contro un'infezione cutanea da Pseudomonas aeruginosa nei topi, e ha scoperto che i peptidi riducevano significativamente le infezioni. L'esatto meccanismo con cui i peptidi uccidono i batteri è sconosciuto, ma l'ipotesi dei ricercatori è che le loro cariche positive permettano ai peptidi di legarsi alle membrane batteriche caricate negativamente e di bucarle, un meccanismo simile a quello di altri peptidi antimicrobici.

I ricercatori ora sperano di modificare questi peptidi per renderli più efficaci, in modo che possano essere potenzialmente utilizzati come antibiotici. Stanno anche cercando nuovi peptidi da organismi diversi dagli umani, e hanno in programma di indagare ulteriormente su alcuni degli altri peptidi umani identificati dall'algoritmo.

"Abbiamo un atlante di tutte queste molecole, e il passo successivo è dimostrare se ciascuno di essi ha effettivamente proprietà antimicrobiche e se ciascuno di essi potrebbe essere sviluppato come un nuovo antimicrobico, "dice de la Fuente-Nunez.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.