Alcuni batteri patogeni, compresi quelli che causano mal di gola e polmonite, sono in grado di creare i componenti necessari per replicare il loro DNA senza gli ioni metallici normalmente richiesti. Questo processo può consentire ai batteri infettivi di replicarsi anche quando il sistema immunitario dell'ospite sequestra ioni di ferro e manganese nel tentativo di rallentare la replicazione del patogeno. Un nuovo studio, che appare sul giornale Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , descrive una nuova sottoclasse di enzimi ribonucleotide reduttasi privi di metalli utilizzati da questi batteri, la cui comprensione potrebbe guidare lo sviluppo di nuovi, antibiotici più efficaci.

"Ogni organismo utilizza gli enzimi ribonucleotide reduttasi (RNR) per creare i blocchi fondamentali dei nucleotidi necessari per la replicazione e la riparazione del DNA, " disse Amie Boal, assistente professore di chimica e di biochimica e biologia molecolare alla Penn State e l'autore principale dell'articolo. "Poiché gli RNR sono essenziali, sono bersagli farmacologici convalidati per alcuni tipi di cancro e infezioni virali, ma non sono ancora stati sfruttati come bersagli farmacologici nei batteri patogeni. Uno degli obiettivi del nostro lavoro è comprendere meglio i cofattori richiesti dagli RNR per funzionare, che, si spera, ispireranno la creazione di nuovi, potenti farmaci antimicrobici che possono inibire l'enzima".

Gli RNR eseguono una chimica molto complessa per convertire i ribonucleotidi, gli elementi costitutivi dell'RNA, che sono presenti nella cellula, nei desossiribonucleotidi, i mattoni del DNA. Tutti gli RNR conosciuti utilizzati durante il metabolismo aerobico richiedono un cofattore di ioni metallici, che agisce come un potente agente ossidante per guidare la conversione. Nel loro nuovo studio, il team di ricercatori ha ora identificato e descritto una nuova sottoclasse di RNR in grado di eseguire questo processo senza l'aiuto di uno ione metallico nei batteri patogeni che causano mal di gola, polmonite, febbre reumatica, e altre malattie.

"Richiedere un cofattore di metalli in tracce è il tallone d'Achille di un RNR, soprattutto nei batteri patogeni, " ha detto Gavin Palowitch, dottorato di ricerca candidato in biochimica, microbiologia, e biologia molecolare alla Penn State e coautore dello studio. "Quando un agente patogeno invade il tuo corpo, una delle cose che il tuo sistema immunitario può fare è cercare di privarlo degli ioni di ferro e manganese nel tentativo di rallentare la riproduzione. Se hai un modo per creare DNA che non si basi tanto su un cofattore metallico, questa è una nuova tattica per eludere la risposta immunitaria".

I ricercatori hanno dimostrato che questa nuova sottoclasse di RNR è in grado di utilizzare un amminoacido modificato invece di uno ione metallico come agente ossidante che guida la creazione di nucleotidi del DNA. Non è noto se sia necessario un metallo per la sintesi iniziale dell'aminoacido modificato e poi perso. Ma lo studio stabilisce che la modifica richiede una proteina separata per la sua installazione.

"La necessità di un'altra proteina attivante è fondamentale per pensare di inibire questo enzima con farmaci antibiotici, " ha detto Boal. "Le interazioni proteina-proteina sono bersagli davvero interessanti per l'interruzione da parte di terapie con piccole molecole".