Il veleno di insetti come vespe e api è pieno di composti che possono uccidere i batteri. Sfortunatamente, molti di questi composti sono tossici anche per l'uomo, rendendo impossibile usarli come farmaci antibiotici.

Dopo aver condotto uno studio sistematico sulle proprietà antimicrobiche di una tossina normalmente presente in una vespa sudamericana, i ricercatori del MIT hanno ora creato varianti del peptide che sono potenti contro i batteri ma non tossiche per le cellule umane.

In uno studio sui topi, i ricercatori hanno scoperto che il loro peptide più forte potrebbe eliminare completamente Pseudomonas aeruginosa , un ceppo di batteri che causa infezioni respiratorie e di altro tipo ed è resistente alla maggior parte degli antibiotici.

"Abbiamo riproposto una molecola tossica in una che è una molecola praticabile per curare le infezioni, "dice César de la Fuente-Nunez, un postdottorato del MIT. "Analizzando sistematicamente la struttura e la funzione di questi peptidi, siamo stati in grado di mettere a punto le loro proprietà e attività."

De la Fuente-Nunez è uno degli autori senior del documento, che appare nel numero del 7 dicembre della rivista Biologia della comunicazione della natura . Timoteo Lu, un professore associato del MIT di ingegneria elettrica e informatica e di ingegneria biologica, e Vani Oliveira, professore associato presso l'Università Federale di ABC in Brasile, sono anche autori anziani. L'autore principale del documento è Marcelo Der Torossian Torres, un ex studente in visita al MIT.

Varianti velenose

Come parte delle loro difese immunitarie, molti organismi, compresi gli umani, producono peptidi che possono uccidere i batteri. Per aiutare a combattere la comparsa di batteri resistenti agli antibiotici, molti scienziati hanno cercato di adattare questi peptidi come potenziali nuovi farmaci.

Il peptide su cui de la Fuente-Nunez e i suoi colleghi si sono concentrati in questo studio è stato isolato da una vespa nota come Polybia paulista. Questo peptide è abbastanza piccolo - solo 12 amminoacidi - che i ricercatori hanno creduto che sarebbe stato possibile creare alcune varianti del peptide e testarle per vedere se potessero diventare più potenti contro i microbi e meno dannose per l'uomo.

"È un peptide abbastanza piccolo da poter provare a mutare il maggior numero possibile di residui di amminoacidi per cercare di capire come ogni elemento costitutivo contribuisce all'attività antimicrobica e alla tossicità, "dice de la Fuente-Nunez.

Come molti altri peptidi antimicrobici, si ritiene che questo peptide derivato dal veleno uccida i microbi distruggendo le membrane cellulari batteriche. Il peptide ha una struttura alfa elicoidale, che è noto per interagire fortemente con le membrane cellulari.

Nella prima fase del loro studio, i ricercatori hanno creato alcune dozzine di varianti del peptide originale e poi hanno misurato come quei cambiamenti hanno influenzato la struttura elicoidale dei peptidi e la loro idrofobicità, che aiuta anche a determinare quanto bene i peptidi interagiscono con le membrane. Hanno quindi testato questi peptidi contro sette ceppi di batteri e due di funghi, rendendo possibile correlare la loro struttura e proprietà fisico-chimiche con la loro potenza antimicrobica.

Sulla base delle relazioni struttura-funzione identificate, i ricercatori hanno quindi progettato un'altra dozzina di peptidi per ulteriori test. Sono stati in grado di identificare percentuali ottimali di amminoacidi idrofobici e amminoacidi carichi positivamente, e hanno anche identificato un gruppo di amminoacidi in cui qualsiasi cambiamento comprometterebbe la funzione complessiva della molecola.

Combattere l'infezione

Per misurare la tossicità dei peptidi, i ricercatori li hanno esposti a cellule renali embrionali umane cresciute in un piatto da laboratorio. Hanno selezionato i composti più promettenti da testare nei topi infettati da Pseudomonas aeruginosa , una fonte comune di infezioni del tratto respiratorio e urinario, e ha scoperto che molti dei peptidi potrebbero ridurre l'infezione. Uno di loro, somministrato a dosi elevate, potrebbe eliminarlo completamente.

"Dopo quattro giorni, quel composto può eliminare completamente l'infezione, e questo è stato abbastanza sorprendente ed eccitante perché in genere non lo vediamo con altri antimicrobici sperimentali o altri antibiotici che abbiamo testato in passato con questo particolare modello di topo, "dice de la Fuente-Nunez.

I ricercatori hanno iniziato a creare varianti aggiuntive che sperano saranno in grado di eliminare le infezioni a dosi più basse. De la Fuente-Nunez prevede anche di applicare questo approccio ad altri tipi di peptidi antimicrobici naturali quando entrerà a far parte della facoltà dell'Università della Pennsylvania il prossimo anno.

"Penso che alcuni dei principi che abbiamo appreso qui possano essere applicabili ad altri peptidi simili derivati ​​dalla natura, " dice. "Cose come l'elicità e l'idrofobicità sono molto importanti per molte di queste molecole, e alcune delle regole che abbiamo imparato qui possono sicuramente essere estrapolate".