La minaccia sempre crescente dei "superbatteri" - ceppi di batteri patogeni che sono impermeabili agli antibiotici che hanno soggiogato le generazioni precedenti - ha costretto la comunità medica a cercare armi battericide al di fuori del regno dei farmaci tradizionali. Un candidato promettente è il peptide antimicrobico (AMP), una delle difese meno conosciute di Madre Natura contro le infezioni, che uccide un agente patogeno creando, poi in espansione, pori di dimensioni nanometriche nella membrana cellulare fino a quando non scoppia. Però, prima che questo fenomeno possa essere sfruttato come terapia medica, i ricercatori hanno bisogno di una migliore comprensione di come gli AMP e le membrane interagiscono a livello molecolare.
Utilizzando una nuova tecnica di imaging, un team di ricerca guidato dal National Physical Laboratory (NPL) del Regno Unito sta aiutando ad acquisire le informazioni necessarie sui processi fisici e chimici fondamentali che si verificano quando gli AMP si legano alle membrane e formano pori in esse. La caposquadra Paulina D. Rakowska discuterà gli ultimi aspetti di questo lavoro durante il 60° Simposio ed Esposizione Internazionale di AVS, che si terrà dal 27 ottobre al novembre. 1, 2013, a Long Beach, Calif.
Osservare la formazione di pori nelle membrane cellulari vive da parte degli AMP presenti in natura è difficile perché i ricercatori non hanno alcun controllo sulle fasi del complesso processo. In molti casi, le membrane della cellula bersaglio perdono, si gonfiano e si rompono prima che i singoli pori possano espandersi abbastanza da essere esaminati. Rakowska e i suoi colleghi hanno superato questo ostacolo combinando l'imaging su nanoscala tramite due diversi sistemi, Simulazione computerizzata, un AMP (de novo) fatto da zero, e doppi strati lipidici fissati su una superficie solida (noto come doppio strato lipidico supportato o SLB).
Con la capacità di testare in modo specifico dove e come il peptide de novo si lega all'SLB, il processo di formazione dei pori è aperto all'osservazione diretta. La microscopia a forza atomica (AFM) fornisce immagini topografiche (strutturali) della membrana trattata con peptidi mentre l'analisi chimica viene eseguita con la spettroscopia di massa di ioni secondari su nanoscala ad alta risoluzione (NanoSIMS).
"I dati delle immagini AFM suggeriscono che le membrane cambiano a causa dell'azione dei peptidi e della formazione dei pori, " Rakowska dice. "Le immagini NanoSIMS eseguite sugli stessi campioni rivelano la posizione precisa delle molecole di peptidi all'interno delle membrane".
Rakowska afferma che queste osservazioni forniscono la prima prova fisica e visiva dell'espansione dei pori antimicrobici dalla scala nanometrica a quella micrometrica fino al punto di completa disintegrazione della membrana. "Possiamo ora postulare il meccanismo con cui ciò si verifica, " spiega. "Crediamo che i primi AMP che si legano alla membrana "reclutino" attivamente altri per fare lo stesso, con conseguente formazione di numerosi piccoli pori. Quando questi pori si espandono, alla fine portano alla disintegrazione della membrana e alla morte cellulare".
Il team di ricerca comprende scienziati del NPL, il London Centre for Nanotechnology, University College London, l'Università di Oxford, l'Università di Edimburgo, Freie University di Berlino e IBM. L'ultima pubblicazione del team, "L'imaging su nanoscala rivela pori antimicrobici che si espandono lateralmente nei doppi strati lipidici, " recentemente apparso negli Atti della National Academy of Sciences USA.
