scienziati giapponesi, tra cui ricercatori della Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) e della Yokohama National University, hanno identificato il meccanismo molecolare che conferisce alle secrezioni cutanee di una specie di rana efficaci proprietà antimicrobiche. I loro risultati sono stati pubblicati il ​​20 febbraio, 2019 in Materiali biologici applicati ACS .

Il Bombina variegata rana, noto anche come rospo dal ventre giallo, abita le foreste, praterie, zone umide, e l'habitat acquatico in tutta l'Europa centrale. Le loro secrezioni cutanee contengono agenti antimicrobici, chiamati Bombinina H2 e H4, che svolgono un ruolo chiave nella protezione della specie dalle infezioni.

Le bombinine H2 e H4 sono peptidi antimicrobici (AMP) - o peptidi di difesa dell'ospite - che svolgono un'importante funzione nella risposta immunitaria. Hanno attirato l'attenzione per la loro capacità di inibire la leishmaniosi, una malattia tropicale altamente infettiva e potenzialmente fatale che ha colpito circa 20 milioni di persone in tutto il mondo, con 1,3 milioni di nuovi casi e 20, 000 a 30, 000 decessi segnalati ogni anno.

H4 è un isomero di H2 - condividono la stessa formula ma gli atomi nella molecola sono disposti in modo diverso - con H4 che ha un D-amminoacido naturale alla fine della catena molecolare. In termini di proprietà antimicrobiche, H4 è più potente di H2, ma fino ad ora, il motivo è rimasto un mistero biologico irrisolto.

"D- e L-amminoacidi sono immagini speculari l'uno dell'altro, e la maggior parte degli amminoacidi in natura ha una struttura a L, " spiega Ryuji Kawano, Professore Associato presso il Dipartimento di Biotecnologie e Scienze della Vita del TUAT e coautore dello studio. "Alcune proteine ​​sono modificate per avere D-amminoacidi. Il ruolo di avere D-amminoacidi non è completamente compreso nel caso della rana".

Al fine di ottenere una migliore comprensione del meccanismo molecolare che guida l'attività antimicrobica dei peptidi Bombinina H2 e H4 e ciò che rende H4 più efficace di H2 in questo senso, gli autori hanno condotto esperimenti elettrofisiologici su una membrana a doppio strato lipidico che replicava la membrana lipidica che circondava le cellule oi microrganismi. I risultati sono stati quindi analizzati utilizzando modelli AMP esistenti per determinare quanto siano efficienti questi peptidi antimicrobici nel distruggere la membrana cellulare dei microbi.

Il team ha scoperto che i peptidi H2 e H4 inibiscono l'attività microbica creando fori nella membrana cellulare dei microrganismi che causano la fuoriuscita di ioni dalla cellula, che alla fine li uccide. L'efficienza di questa attività antimicrobica è influenzata dalla permeabilità ionica (quanto velocemente gli ioni fuoriescono dalla cellula), la velocità di formazione dei pori, e la dimensione dei pori formati.

I risultati indicano che la capacità dei peptidi di trasformarsi in un'altra molecola con la stessa composizione atomica ma con atomi disposti in modo diverso facilita la formazione più rapida dei pori. Mentre H2 forma pori più grandi di H4, H4 forma i pori più rapidamente. Una miscela di H2/H4, nel frattempo, forma pori di medie dimensioni più lentamente di H4, ma la presenza del D-amminoacido aumenta l'affinità di legame alla membrana lipidica, migliorando così le sue capacità dirompenti.

Pensalo come un campo di trappole a fossa di diverse dimensioni; trappole più grandi richiedono più tempo per essere scavate, ma può intrappolare più animali di una fossa più piccola. D'altra parte, si possono scavare molte fosse più piccole nello stesso tempo necessario per scavarne solo alcune grandi. Scavare trappole a fossa di medie dimensioni e aggiungere un'esca o un'esca che attirerebbe gli animali nella fossa, sarebbe l'approccio più efficace di tutti.

Svelare il meccanismo molecolare che facilita l'attività antimicrobica di questi peptidi può aiutarci a capire meglio come si è evoluto il sistema di difesa della rana, e come questo può essere usato per combattere le infezioni microbiche di importanza medica. Secondo Kawano, l'obiettivo finale è utilizzare questo meccanismo per sviluppare agenti antimicrobici migliori, soprattutto agenti antimicrobici che sono efficaci contro i batteri resistenti agli antibiotici.