Innescare i batteri al servizio della medicina
Ma quando sono minacciati, i batteri producono un vero e proprio esercito di difese molecolari. L'analisi approfondita di queste difese e degli elicitori che le attivano ha permesso agli scienziati di scoprire antibiotici e antivirali, conoscenze che potrebbero ancora rivelarsi utili nella lotta contro il coronavirus.
Armato dei recenti finanziamenti del National Institutes of Health (NIH) e della Princeton University, il professore associato di chimica Mohammad Seyedsayamdost sta intraprendendo questa lotta con un approccio chiamato High-Throughput Elicitor Screening (HiTES). Introdotta per la prima volta dal laboratorio Seyedsayamdost nel 2014, la tecnologia consente ai ricercatori di vagliare, identificare e caratterizzare i prodotti naturali che vengono biosintetizzati solo quando i batteri sono minacciati.
Seyedsayamdost chiama questi prodotti naturali "criptici". Sono le difese che la natura stessa ha escogitato per contrastare una certa minaccia.
"Più della metà degli anti-infettivi usati clinicamente provengono dalla natura, da prodotti naturali sintetizzati da batteri, funghi o piante", ha detto Seyedsayamdost, un biologo chimico. "Si tratta di piccole molecole organiche sintetizzate e rilasciate nell'ambiente dove svolgono una varietà di funzioni, una delle quali è la guerra chimica contro altri organismi.
"Queste molecole sono state affinate dall'evoluzione per uccidere un concorrente o un virus, esattamente il tipo di cosa che vogliamo fare in medicina a volte: uccidere un patogeno. Quindi, sono state una grande fonte di agenti anti-infettivi".
Lo studente laureato del terzo anno Chen Zhang sta lavorando al progetto con Seyedsayamdost, accoppiando lo screening HiTES con la spettrometria di massa di imaging, un metodo collaudato per la rilevazione di piccole molecole, per scoprire nuovi prodotti naturali, le cui attività biologiche possono essere testate contro batteri patogeni o virus come l'agente di COVID-19.
Inoltre, la studentessa del primo anno Esther Han sta combinando l'approccio HiTES con attività antimicrobiche per cercare direttamente nuovi e criptici anti-infettivi.
"Poiché ogni composto ha un segnale di massa unico (come le impronte digitali per gli esseri umani), il confronto dei segnali in colture batteriche non trattate con quelli in colture 'elicitate' può facilmente identificare nuovi prodotti naturali presenti solo in condizioni specifiche", ha detto Zhang. "Una volta identificati, studi di follow-up possono chiarire l'attività biologica e il target molecolare del prodotto naturale".
Il laboratorio Seyedsayamdost ha scoperto che gli stessi antibiotici sono i migliori elicitori o i migliori inneschi per prodotti naturali criptici. I vecchi antibiotici, quindi, possono essere utilizzati per scoprirne di nuovi e criptici. Questa osservazione è stata fatta per la prima volta con il batterio Burkholderia thailandensis. In questo caso, Seyedsayamdost ha scoperto che una dose accuratamente calibrata di Riccioli d'Oro dell'antibiotico Trimetoprim – non troppo o ucciderà i batteri; non troppo poco o i batteri non rispondono: il batterio sintetizza 21 dei 22 prodotti naturali che codifica.
"Burkholderia ti lancia il lavello della cucina se lo tratti con Trimetoprim a basso dosaggio", ha detto Seyedsayamdost.
Seyedsayamdost era motivato a schierare la tecnologia HiTES nella battaglia contro COVID-19 come un modo per soddisfare ciò che definisce un obbligo degli scienziati.
"Se lavori in quest'area di ricerca e hai la possibilità di contribuire anche indirettamente a una terapia, hai l'obbligo di farlo. Quindi da quel punto di vista, penso che sia importante essere coinvolti", ha detto Seyedsayamdost.
"L'altro problema è che le malattie infettive saranno in aumento. Lo sapevamo all'inizio del secolo, ma questa pandemia porta davvero a casa il punto. Questo è qualcosa che gli scienziati accademici devono affrontare, ma il grande farmaceutico deve farlo occuparsi anche di ", ha aggiunto. "È un peccato che le grandi aziende farmaceutiche si siano in gran parte allontanate dal trovare trattamenti contro agenti infettivi.
