un, La malonomicina 1 contiene una frazione aminomalonato intatta. B, Biosintesi dei malonati nel metabolismo primario e secondario (R = H o alchile). C, Meccanismo proposto del mammifero VKDC. I fillochinoni (vitamina K1) sono utilizzati nei mammiferi VKDC come cofattori, mentre i menachinoni (vitamina K2) con lunghezza variabile delle catene laterali isoprenoidi sono prodotti da batteri, compresi Streptomyces, e può svolgere un ruolo simile negli enzimi batterici simili a VKDC. CoA, coenzima A; ACC, acetil-CoA carbossilasi; ACP, proteina trasportatrice acilica; CCR, enzimi crotonil-CoA carbossilasi/riduttasi; Gla, acido -carbossiglutammico; K, forma chinone vitamina K; K-, intermedio ossigenato della vitamina K; VKOR, KO reduttasi. Credito: Catalisi della natura (2018). DOI:10.1038/s41929-018-0178-2
Gli scienziati hanno scoperto un nuovo processo chimico, noto anche come percorso biosintetico, nei batteri che potrebbe portare alla produzione e alla fabbricazione di una nuova generazione di antibiotici.
I ricercatori della School of Chemistry dell'Università di Manchester affermano che il loro nuovo percorso include un enzima, chiamato carbossilasi, che aggiunge CO2 a una molecola precursore producendo un antibiotico molto insolito chiamato malonomicina.
Il team afferma che il processo biosintetico utilizzato per produrre questo antibiotico potrebbe ora portare alla scoperta e allo sviluppo di altri farmaci, aiutando nella lotta contro gli insetti e le malattie resistenti ai farmaci in futuro.
Il lavoro è stato realizzato in collaborazione con l'Università di Cambridge ed è in corso di pubblicazione in Catalisi della natura .
I dati internazionali dicono che la resistenza agli antibiotici potrebbe provocare circa 10 milioni di morti ogni anno entro il 2050, mentre il costo per l'economia globale potrebbe essere di 66 trilioni di sterline in perdita di produttività. Solo in Europa, una stima di 25, 000 persone muoiono già ogni anno a causa di infezioni ospedaliere causate da batteri resistenti agli antibiotici come Escherichia coli ( E. coli ).
Jason Micklefield, Professore di Biologia Chimica al Manchester Institute of Biotechnology, che ha condotto lo studio, ha dichiarato:"Il rapido aumento dei patogeni resistenti agli antibiotici è una delle principali preoccupazioni per la salute globale dei tempi moderni.
"Ora, utilizzando una combinazione di bioinformatica, editing genetico ed esperimenti in vitro, abbiamo scoperto un percorso biosintetico altamente insolito per l'antibiotico malonomicina. Questo potrebbe aprire la strada a un nuovo tipo di processo di produzione di antibiotici".
Il team si è inizialmente interessato alla malonomicina perché ha una struttura chimica molto insolita. Possiede un'attività antimicrobica potenzialmente utile e ha già attirato l'attenzione dell'industria. Però, nonostante l'interesse per questo antibiotico, si sapeva molto poco sulla biosintesi della malonomicina, fino ad ora.
I ricercatori hanno scoperto che la CO2 è stata introdotta nella struttura della malonomicina, da un enzima carbossilasi che non è mai stato caratterizzato prima nei batteri. La malonomicina carbossilasi è molto simile a un enzima carbossilasi nelle cellule umane che utilizza la vitamina K per aggiungere CO2 alle proteine del nostro corpo, innescando risposte fisiologiche essenziali compresa la coagulazione del sangue.
Farmaci anticoagulanti clinicamente importanti, come il warfarin, agiscono bloccando la funzione della carbossilasi vitamina K dipendente dall'uomo. Il professor Micklefield ha aggiunto:"Siamo rimasti molto sorpresi di trovare un enzima carbossilasi produttore di antibiotici nei batteri che era simile alla carbossilasi umana responsabile della coagulazione del sangue.
"Ora siamo ottimisti sul fatto che i nostri risultati potrebbero portare alla scoperta di nuovi antibiotici e potrebbero anche fornire nuovi modi di produrre antibiotici che sono urgentemente necessari per combattere i patogeni emergenti resistenti ai farmaci".
