Scienziati dell'Università di Groningen sono riusciti a incorporare un interruttore controllato dalla luce in una molecola utilizzata dai batteri per il rilevamento del quorum, un processo mediante il quale i batteri comunicano e successivamente controllano i processi cellulari. Con la molecola descritta, è possibile inibire o stimolare la comunicazione. Questo lo rende uno strumento molto utile per ulteriori ricerche sulla comunicazione batterica e la sua influenza su diversi percorsi genetici. I risultati sono stati pubblicati il ​​15 aprile sulla rivista chimica .

Per rispondere al loro ambiente, i batteri comunicano attraverso una forma di segnalazione chimica chiamata quorum sensing. Le cellule secernono una molecola segnale e allo stesso tempo, monitorare la sua concentrazione. Man mano che più cellule secernono la molecola segnale, può superare una concentrazione soglia e attivare determinate vie genetiche, Per esempio, produrre tossine o formare un biofilm protettivo.

Interruttore sensibile alla luce

"Se fossimo in grado di influenzare il quorum sensing, potremmo essere in grado di usarlo per curare infezioni gravi, ", afferma il chimico organico dell'Università di Groningen Mickel Hansen. "E sarebbe anche utile indagare su come funziona esattamente il rilevamento del quorum". sarebbe utile avere un modulatore del quorum sensing che possa essere controllato esternamente. Ecco perché Hansen e i colleghi del gruppo di chimica organica sintetica guidato dal professor Ben Feringa hanno deciso di costruire un interruttore sensibile alla luce in una molecola utilizzata dai batteri come segnale per il rilevamento del quorum.

La molecola è costituita da una testa e una coda flessibile a base di carbonio collegate tramite un linker β-cheto-ammidico. Il piano era di incorporare un interruttore nella coda. "Ciò significava che dovevamo collegare la coda modificata alla testa tramite il collegamento β-cheto-ammide. Tuttavia, il processo sintetico per ottenere questo legame produce un intermedio molto instabile, che ha reso quasi impossibile sintetizzare la molecola."

Biblioteca

Basandosi sulla vasta esperienza del gruppo di chimica organica sintetica presso lo Stratingh Institute of Chemistry dell'Università di Groningen, i ricercatori hanno trovato una soluzione sotto forma di una nuova reazione di accoppiamento con un intermedio stabilizzato. Utilizzando questo intermedio, sono stati in grado di sintetizzare derivati ​​fotocommutabili in modo rapido e diretto.

Hansen, insieme allo studente del Master Jacques Hille, ha prodotto una libreria di 16 composti che avevano il potenziale per agire come agonisti o antagonisti del quorum sensing. Tutti erano dotati di un interruttore azionato dalla luce. Tutti i composti erano basati su una molecola utilizzata in un particolare sistema di rilevamento del quorum in Pseudomonas aeruginosa, che ha circa cinque di questi sistemi di rilevamento del quorum. In collaborazione con i biologi molecolari del laboratorio del Professore di Microbiologia Molecolare Arnold Driessen, anche all'Università di Groninga, i geni per uno di questi sistemi sono stati trasferiti a un ceppo reporter di E. coli, consentendo di testare qualsiasi effetto dei composti appena sintetizzati senza l'interferenza di altri meccanismi di quorum sensing.

Produzione di tossine

I test di bioattività sui composti ottenuti hanno mostrato quali parti della molecola erano cruciali per controllare il quorum sensing. Il numero ottimale di atomi di carbonio che compongono la coda sembrava essere quattro. Girando l'interruttore con la luce, la coda si piegava. Sorprendentemente, la coda dritta non ha avuto effetto, mentre la coda piegata ha indotto il segnale di rilevamento del quorum. Hansen:"Nel complesso, sembra che piccoli cambiamenti nella molecola possano avere un grande effetto sulla sua attività, ma non sappiamo ancora esattamente perché."

Hanno trovato un composto in grado di inibire fortemente il segnale di rilevamento del quorum e, dopo l'irradiazione con la luce, portando alla flessione della coda, per stimolarla anche fortemente. La differenza di attività era più di 700 volte, che è enorme. "Una differenza così grande ha, per quello che ci risulta, mai stato mostrato prima per le molecole bioattive a commutazione di luce."

Questa particolare molecola sarà uno strumento molto utile per studiare come comunicano i batteri. "Nello studio, abbiamo dimostrato di poter controllare la produzione di tossine in un ceppo di Pseudomonas con il nostro modulatore commutabile. Questo sarà un potente strumento per la ricerca clinica e fondamentale sul meccanismo del quorum sensing".