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Un nuovo meccanismo per inibire la crescita dei batteri

Un nuovo studio sui meccanismi di difesa dei batteri dimostra come la comprensione dei sistemi tossina-antitossina sia fondamentale per il successo della terapia fagica.

Categorie Biologia
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I ricercatori di Lund hanno scoperto un meccanismo che sembra essere in grado di neutralizzare centinaia di tossine diverse e proteggere i batteri dagli attacchi dei virus. Tale meccanismo prende il nome di Panacea, la dea greca della medicina il cui nome è diventato sinonimo di cura universale. Come affermato dai ricercatori, la comprensione dei meccanismi della tossina batterica e dell’antitossina sarà cruciale per il futuro successo della cosiddetta terapia fagica per il trattamento delle infezioni da resistenza agli antibiotici. Lo studio è stato pubblicato su PNAS.

L’importanza dei sistemi tossina-antitossina

I cosiddetti sistemi tossina-antitossina, una sorta di interruttore on-off in molti genomi del DNA batterico, si trovano sempre più spesso a difendere i batteri dagli attacchi dei batteriofagi, ossia virus che infettano i batteri. L’attivazione delle tossine permette alle popolazioni batteriche di limitare la crescita e di conseguenza la diffusione del virus. Pertanto, la comprensione della diversità, dei meccanismi e dell’evoluzione di questi sistemi è fondamentale per il successo finale della terapia fagica per il trattamento delle infezioni da resistenza agli antibiotici.

È come tenere una bottiglia di veleno su uno scaffale accanto a una bottiglia di antidoto. Mentre le coppie tossina-antitossina si sono evolute nel tempo per associarsi a nuove tossine o antitossine, la scala della capacità di neutralizzazione vista con Panacea, la cosiddetta iperpromiscuità, non ha precedenti.

Gemma Atkinson, ricercatrice presso l’Università di Lund

Il dottorando e co-primo autore Chayan Kumar Saha ha realizzato un software per analizzare i tipi di geni che si trovano vicini nei genomi batterici. Il team ha quindi utilizzato questo strumento per prevedere nuovi geni antitossinici trovati accanto ad alcune tossine molto potenti su cui hanno lavorato in precedenza.

L’altro primo autore, Tatsuaki Kurata, dell’Università di Lund, ha confermato sperimentalmente che molti di questi sistemi sono autentiche tossine neutralizzate dai geni dell’antitossina accanto.

Il meccanismo della terapia fagica sui batteri

Lo studio mostra che ciò che sappiamo finora sulla diversità dei sistemi tossina-antitossina è probabilmente solo la punta dell’iceberg. Potrebbero, infatti, esistere una serie di sistemi simili finora però ignorati. Oltre ad essere importante per comprendere lo strano e meraviglioso mondo della biochimica batterica, la scoperta di nuovi sistemi tossina-antitossina è importante proprio per la terapia fagica contro le infezioni resistenti agli antibiotici. Poiché i batteri sono diventati sempre più resistenti agli antibiotici, sono necessari altri approcci per eliminare le infezioni.

Il principio della terapia fagica consiste nel trattare i pazienti con dei batteriofagi al fine di uccidere i batteri che causano l’infezione. Tuttavia i batteri presentano diversi sistemi di difesa per proteggersi e tra questi vi sono appunto i sistemi tossina-antitossina. “Così, identificare i sistemi tossina-antitossina dei patogeni può aiutarci in futuro a progettare una terapia fagica in grado di contrastare questo livello di difesa” spiega Gemma Atkinson.

Sviluppi futuri dello studio

Stiamo ora cercando di trovare nuovi sistemi tossina-antitossina su scala universale e di comprendere il loro coinvolgimento nella difesa dai fagi. Siamo anche interessati a possibili applicazioni biotecnologiche dei sistemi tossina-antitossina. Infatti, questi sistemi possono essere considerati come un interruttore on-off degli aspetti fondamentali della biologia batterica. L’insieme completo dei sistemi tossina-antitossina potrebbe essere una cassetta degli attrezzi per modificare il metabolismo batterico e controllare le risorse cellulari batteriche. Ciò può essere importante nelle situazioni di produzione industriale e farmaceutica in cui i batteri vengono utilizzati per produrre molecole di interesse.

Gemma Atkinson