Nuove molecole ad attività battericida

di Giovanna M.

L’utilizzo frequente di antibiotici ha portato allo sviluppo di ceppi 

batterici resistenti a questi farmaci, spingendo i ricercatori ad isolare nuove molecole antibatteriche per contrastarli ovvero i peptidi (proteine). Questa nuova classe di antibiotici è rappresentata dai peptidi antimicrobici (AMPs, Anti Microbial Peptides) che trovano già impiego in numerosi campi  come l’agricoltura, l’industria alimentare e l’acquacoltura, a cui va aggiunto il campo clinico che negli ultimi 25 anni ha intensificato le proprie ricerche. 

 

 

 

 

 

 

 

Gli AMPs appartengono al sistema immunitario innato, in grado di esercitare un’azione antimicrobica contro diversi patogeni dannosi per la salute dell’uomo e per la qualità degli alimenti. Quelli di origine naturale sono piccole molecole di lunghezza variabile, contenenti dai 10 ai 50 amminoacidi. Essi costituiscono la prima linea di difesa degli organismi contro una grande varietà di agenti esterni ed hanno una doppia valenza, perché oltre a proteggere circa l’80% delle specie animali inferiori e tutte le piante dall’attacco dei patogeni, giocano un ruolo importante anche nell’immunità degli organismi superiori collegando i meccanismi dell’immunità innata ed acquisita.

 

Sono ulteriormente suddivisi in due sottoclassi: AAMPs (anionici, carica netta negativa) e CAMPs (cationici, carica netta positiva). Questi ultimi rappresentano il gruppo maggiormente studiato ed utilizzato per lo sviluppo di nuovi farmaci. Sono considerati ottimi candidati come agenti terapeutici per molteplici ragioni: agiscono contro batteri Gram positivi e negativi, lieviti e virus e sono prodotti da una vasta gamma di organismi tra cui insetti, piante, batteri, funghi, anfibi e mammiferi. Sono caratterizzati da rapidità d’azione e riescono a neutralizzare le endotossine. Hanno bassa capacità di indurre la comparsa di ceppi resistenti e la loro azione battericida diretta sia verso cellule in attiva divisione che verso cellule quiescenti li rende dei farmaci promettenti anche per il trattamento di infezioni croniche.

 

Il principale bersaglio molecolare dei CAMPs è la membrana batterica, il meccanismo d’azione non è del tutto chiaro perciò sono stati proposti una serie di modelli che prevedono un’interazione elettrostatica dovuta alle cariche opposte tra peptidi e membrana che ne altera la struttura facilitando l’accesso all’interno della membrana.

Attualmente il metodo di produzione classico conosciuto per la produzione di queste molecole è la sintesi chimica ma richiede costi elevati e tempi molto lunghi. In alternativa al metodo sintetico è stata utilizzata una tecnica ricombinante mediante la quale i peptidi sono espressi in un ospite eterologo che normalmente non lo produrrebbe, il più utilizzato è E. coli, e successivamente vengono isolati da esso per studiarne la capacità tramite saggi di attività antimicrobica. Alcuni di quelli già prodotti hanno mostrato un’elevata efficienza su ceppi di Staphylococcus aureus (foto a sinistra) e Pseudomonas aeruginosa (foto a destra). 

                        

              

Ad oggi sono sette i CAMPs in fase di studio clinico, soprattutto per applicazioni topiche. Ad esempio, per il trattamento di ferite infette ed ulcere, per la prevenzione delle infezioni associate all’uso dei cateteri ed altri ancora per il trattamento di infezioni del cavo orale.

             

[GM]

 

Fonti

Wiesner J e Vilcinskas A, Virulence 1(5):440-64 (2010) https://goo.gl/vqbMMV

Mahlapuu M et al., Front Cell Infect Microbiol 6:194 (2016) https://goo.gl/PCdosM

Sangue artificiale: a che punto siamo?

La donazione del sangue da parte di soggetti volontari sani è ad oggi l’unica modalità per assicurare continuità e sicurezza alle terapie trasfusionali. Ciononostante, complicazioni legate alla non compatibilità tra gruppi sanguigni, alla scarsa disponibilità e talora ai bassi standard di sicurezza riscontrati nei paesi in via di sviluppo rendono l’approvvigionamento di sangue per le trasfusioni un problema non indifferente. E’ plausibile pensare che in un futuro la ricerca scientifica consentirà di produrre sostituti artificiali del sangue, rivoluzionando la medicina trasfusionale? Gli scienziati credono di sì.

Sacca di sangue per trasfusioni (By ICSident at German Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29492562)

Il progetto è però ambizioso: il liquido rosso che circola nei nostri vasi sanguigni è straordinariamente complesso nelle sue funzioni e composizione. Costituito da milioni di composti chimici e cellule diverse, il sangue assolve meticolosamente a una serie di funzioni: trasporta ossigeno e nutrimento ai tessuti, raccoglie i prodotti del catabolismo, mantiene costanti pH e temperatura corporea, trasporta ormoni verso i loro tessuti bersaglio e ci protegge dai patogeni. Ancora non esiste un surrogato di sangue in grado di adempiere a tutti questi compiti, ma si stanno investigando diverse soluzioni, in buona parte basate sull’emoglobina, la proteina contenuta nei globuli rossi e responsabile del trasporto dell’ossigeno.

L’emoglobina è un tetramero, ossia una proteina costituita da quattro parti. Fuori dal globulo rosso viene però rapidamente degradata nelle forme dimerica o monomerica, costituite rispettivamente da due o una parte e potenzialmente tossiche. Per rendere l’emoglobina “acellulare” più stabile ed aumentare le sue performance in termini di trasporto di ossigeno, si è provato a modificarla chimicamente rinforzando i legami tra le sue quattro porzioni, collegando tra loro più molecole a formare una catena o coniugandola ad altri composti chimici. Nonostante le potenzialità, nessuna di queste soluzioni acellulari è veramente ottimale: l’emoglobina infatti funziona meglio all’interno del globulo rosso che non all’esterno.

Per questa ragione diversi gruppi di ricerca stanno studiando come generare globuli rossi artificiali. Semplificando al massimo, una cellula, e quindi anche un globulo rosso, è uno spazio acquoso delimitato da una membrana composta da grassi chiamati fosfolipidi. Incapsulando l’emoglobina in uno strato fosfolipidico è possibile quindi simulare una struttura cellulare ed aumentare di molto la sua stabilità nella circolazione sanguigna ed il trasporto di ossigeno.

I globuli rossi artificiali potrebbero dunque nei prossimi decenni diventare una realtà, alleviando la scarsità di sangue a disposizione per le trasfusioni in situazioni di emergenza ed in particolar modo nei paesi in via di sviluppo, dove si concentra l’80% della popolazione mondiale ma si raccoglie solo il 32% delle scorte mondiali di sangue e con bassi standard di sicurezza e alto rischio di trasmissione di infezioni.

Di Erika Salvatori

Fonti e approfondimenti:

OGM o non OGM: questo è il problema!

Un pubblico non specializzato alla domanda “cos’è un OGM?” probabilmente risponderebbe che è un organismo che ha subìto una manipolazione genetica, che è stato “geneticamente modificato”. La risposta è corretta, ma solo parzialmente e pecca di imprecisione: non tutti gli organismi geneticamente modificati sono OGM!

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Ciclo mestruale in provetta

L’apparato riproduttore femminile è un sistema formato da organi e tessuti quali ovaio, tube di Falloppio, utero e cervice che svolgono funzioni diverse. Tra queste c’è la regolazione degli ormoni sessuali. L’interazione tra tessuti e ormoni è così complessa che nessuno fino ad ora era riuscito a ricreare in vitro (in laboratorio) le stesse condizioni che avvengono in vivo (nell’organismo). Nessuno fino al 2017.

Schema del dispositivo (dall’articolo orginale pubblicato su Nature Communictions, vedi sezione “Fonti”)

I ricercatori dell’università di Chicago e di Cambridge hanno utilizzato la recente tecnica chiamata “organo su chip” per studiare il tratto riproduttivo femminile che consiste in un microsistema fisiologico formato da un chip di silicio in cui vengono inseriti dei microframmenti di tessuti o cellule immerse in un fluido. Sul chip si possono inserire cellule di tessuti diversi che sono collegati tra loro mediante microcanali dotati di sensori che analizzano ciò che li attraversa.

In questo caso sul chip sono stati inseriti tessuti di ovaio di topo e di tube di Falloppio, endometrio (la membrana che riveste l’utero), cervice e fegato di origine umana. Nel corso dell’esperimento, in un mese, sono stati registrati i picchi di estrogeni e progesterone tipici del ciclo mestruale umano.

Ora i biologi sperano di poter ricreare oltre le interazioni ormonali anche quelle che permettono al sistema riproduttivo di sostenere il feto e l’influenza su di esse del sistema immunitario.

Questa tecnologia potrebbe incidere sulla scoperta di nuovi farmaci per trattare i disturbi dell’apparato riproduttore femminile e potrebbe portare allo sviluppo di nuove strategie anticoncezionali.

Di G. M.

Fonti:

Il cervello non ha rughe

Di Erika Salvatori

“Il cervello non ha rughe: se continua a lavorare sodo, si rinnova continuamente, anche dopo gli 80 anni e, a differenza di altri organi, può persino migliorare”: non potremmo usare parole migliori di queste della grande scienziata Rita Levi Montalcini per introdurre il concetto di plasticità sinaptica, la capacità del cervello di modificare la sua struttura e funzionalità a seconda dell’esperienza.

Per molti anni l’apprendimento e la memoria sono stati considerati argomenti di psicologia più che di biologia. In tempi più recenti si è invece scoperto come dietro questi fenomeni si celino complessi meccanismi cellulari e molecolari: quando apprendiamo qualcosa, il nostro cervello subisce un riarrangiamento strutturale e funzionale, più o meno duraturo, che coinvolge le sinapsi, ossia i punti di contatto tra neuroni che servono a propagare gli impulsi nervosi.

Il modello più noto di plasticità sinaptica è quello del “potenziamento a lungo termine” e del suo opposto “depressione a lungo termine”, che si fonda sulla pionieristica ricerca dello psicologo canadese Donald Hebb. Entrambi i meccanismi sono mediati dai recettori per il neurotrasmettitore glutammato, una molecola segnale che viene rilasciata dal neurone pre-sinaptico e provoca una risposta eccitatoria nel neurone post-sinaptico. Quando il glutammato si lega al proprio recettore NMDA, questo si attiva e consente l’ingresso di calcio nel neurone post-sinaptico. Il calcio modula una serie di processi biochimici e molecolari, alcuni dei quali alla base della funzionalità della sinapsi stessa, come la sintesi di neurotrasmettitore o di ulteriori recettori e cambiamenti nella velocità di conduzione degli stimoli nervosi o nella taglia o numero delle cosiddette “spine dendritiche”, piccole protrusioni ricoprenti i dendriti, che si propagano a partire dal corpo del neurone.

Gli stessi recettori e modulatori intervengono in entrambi i processi di potenziamento e depressione: a cambiare è il tipo di stimolazione pre-sinaptica (e dunque la quantità di calcio in ingresso nel neurone post-sinaptico): più precisamente una stimolazione ripetuta ed intensa determina un aumento della funzionalità della sinapsi, mentre una stimolazione a frequenza più bassa ne determina una riduzione.

Il potenziamento a lungo termine è collegato non solo ai processi di apprendimento e memoria, ma anche, in alcune sue manifestazioni anomale, a diverse patologie e alla dipendenza da stupefacenti ed è perciò molto studiato nell’ambito delle neuroscienze.

“Tieni allenato il tuo cervello” è dunque molto più che uno slogan da pubblicità di giornali enigmistici: le esperienze che facciamo, le nozioni che apprendiamo contribuiscono a rinforzare e rimodellare i nostri circuiti cerebrali permettendoci, come la Montalcini ci ha insegnato, di mantenere una sorprendente lucidità anche fino a 100 anni!

 

Per approfondire:

Geni neanderthaliani: un’eredità silente

L’era genomica, iniziata nel 2001 con il completamento del sequenziamento del genoma umano, ha aperto nuove strade alla ricerca sulla storia evolutiva degli organismi. Il campo della genomica da allora ha visto avanzamenti tecnici continui, e nel 2010 si è riusciti ad ottenere una prima “bozza” (poi migliorata) del genoma dell’Homo Neanderthalensis, una specie umana estinta vissuta tra i 200.000 e i 40.000 anni fa. Nel 2010 inoltre si aggiunge un nuovo “parente” al nostro albero evolutivo, con la scoperta dell’Homo di Denisova, vissuto tra i 70.000 e i 40.000 anni fa.

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Ergotismo, funghi allucinogeni e credenze popolari

Ergot (in francese “sperone”) è il nome comune dato al fungo Claviceps purpurea, parassita di circa 400 specie vegetali appartenenti alla famiglia delle graminacee, in particolare della segale. Questo fungo si caratterizza per la formazione di strutture (gli sclerozi) simili a cornetti che conferiscono alla pianta infetta il nome di “segale cornuta“.

Attorno all’anno 1.000 sulle Dolomiti e lungo tutto l’arco alpino si raccoglieva segale per vivere; il grano dell’epoca non riusciva a crescere in quota e quello nero tedesco era il pane quotidiano dei montanari. A quel tempo non si sapeva, ma la segale usata per produrre il pane era spesso contaminata da Claviceps purpurea. Il fungo produce delle sostanze (alcaloidi) psicoattive derivate dall’acido lisergico e strutturalmente omologhe all’LSD; esse vengono sintetizzate dal fungo per evitare che d’inverno gli animali mangino lo sclerozio, una struttura fondamentale per la sopravvivenza del fungo stesso.

Gli alcaloidi assunti in dosi acute causano visioni, delirio e violenti fenomeni psichedelici nei mammiferi; buona parte della letteratura storiografica dell’Alto e Basso Medioevo sulle follie collettive e demoniache di interi villaggi (specie in Francia, Germania ed Olanda ma anche in seguito in America settentrionale) ha la sua causa scientifica in panificazioni operate con farine fortemente contaminate da Claviceps purpurea.

Corpo fruttifero di C. purpurea all’interno di una spiga si segale (Di Rasbak – Opera propria, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=295119)

Invece, se assunti in forma cronica all’interno di farine leggermente inquinate, gli alcaloidi della segale cornuta determinano uno stato di intossicazione, detto ergotismo, caratterizzato da una progressiva degradazione del sistema circolatorio periferico che provoca spasmi dolorosi, crisi convulsive e talvolta anche forme di cancrena. Nel contesto culturale dell’epoca queste manifestazioni erano interpretate come la punizione divina per i peccati commessi.

Ai tempi delle Crociate, le reliquie di Sant’Antonio Abate furono traslate da Costantinopoli a Motte-Saint-Didier (attuale Saint-Antoine-l’Abbaye, vicino a Vienne in Francia); la devozione principale per il santo riguardava la guarigione dal cosiddetto “Fuoco di Sant’Antonio”. Nello sconforto, nel dolore fisico e nel terrore derivato da una malattia inspiegabile, gli abitanti delle montagne si aggrappavano alla Chiesa. I montanari intraprendevano un pellegrinaggio che diveniva una vera e propria epopea di settimane: a piedi o a dorso di mulo giungevano in Francia, lasciando i campi montani ed investendo i pochi risparmi.

Il numero dei malati che ricorrevano al santo taumaturgo era così elevato che si costruirono apposite strutture di accoglienza e venne impegnato l’ordine degli Antoniani per l’assistenza e la cura dei pellegrini. Tuttavia durante i giorni di cammino per giungere a Motte-Saint-Didier, la dieta dei pellegrini cambiava poiché in pianura iniziavano a nutrirsi di pane bianco, non più contaminato dal fungo. Il cambio di dieta continuava per tutti i giorni di permanenza e questo permetteva una graduale detossificazione dell’organismo; così i sintomi recedevano, le cancrene guarivano ed i dolori sparivano. Il Santo aveva compiuto il miracolo! In più, il potere taumaturgico della visita alla basilica ed alle reliquie di Sant’Antonio era rinforzato dalla conseguenza del ritorno ai pascoli in quota: la dieta era di nuovo ricca di pane nero contaminato e la malattia si manifestava ancora. La lontananza dalla Retta Via e la ricaduta nel peccato tornavano ad essere divinamente punite!

Così l’ergotismo prese il nome di “Fuoco di Sant’Antonio” e la Basilica del Santo deve buona parte della sua fama ad un fungo, ad un cereale ed alla scarsa conoscenza della loro relazione.

N.B.: Oggi con il nome “Fuoco di S. Antonio” si intende la riattivazione del virus della varicella (HZV) che colpisce un nervo e si manifesta con fenomeni cutanei localizzati lungo il decorso del nervo stesso. Compaiono gruppi di vescicole, simili a quelle della varicella, accompagnate da dolore vivo e alterata sensibilità.

Di A.A.

Approfondimenti:

Celiachia: e se fosse colpa di un virus?

La mucosa intestinale è perennemente in contatto con il cibo che viene ingerito e con batteri potenzialmente patogeni che vengono con esso introdotti: il sistema immunitario distingue tra quelle che sono semplicemente molecole nutrienti (proteine, lipidi, ecc.) e quelle che invece sono proteine appartenenti a virus o batteri, permettendo l’assorbimento e l’ingresso solo alle sostanze non pericolose.

La celiachia è una patologia che coinvolge il sistema immunitario nella quale l’organismo riconosce alcune di queste proteine che vengono introdotte con l’alimentazione come “nemiche”, attivando una risposta immunitaria, come se il corpo fosse di fronte ad un’infezione di un qualche patogeno.
Responsabile di questa reazione è il glutine, una miscela di proteine particolarmente ingombranti presenti in frumento, orzo, segale e farro. Tra le proteine che compongono il glutine, in particolare, una proteina (la gliadina) contiene una sequenza di amminoacidi che viene metabolizzata con difficoltà dall’organismo e arriva quasi integra nel tratto intestinale (normalmente le proteine sono ridotte a piccole catene già a livello dello stomaco e poi digerite dagli enzimi secreti dal pancreas), dove in soggetti celiaci può scatenare la reazione.

È stato osservato per lo sviluppo della celiachia è necessario essere portatori di varianti geniche di due geni attivi nei leucociti, ma in Europa questa variante è presente in oltre il 30% della popolazione, mentre la celiachia colpisce circa l’1% della popolazione. Deve quindi esistere un altro fattore che determina l’insorgenza della patologia.

Un articolo molto recente (che richiederà sicuramente approfondimenti e ulteriori verifiche) identifica un nuovo attore in questo processo: un virus. Sembra infatti che l’infezione di virus del genere reovirus (un virus intestinale che viene normalmente eliminato senza particolari problemi) possano confondere il sistema immunitario qualora durante l’infezione sia assunto glutine, inducendo l’organismo a sviluppare una risposta immunitaria alla presenza del glutine. Terminata l’infezione, il glutine resterebbe ormai “schedato” come antigene nemico nella memoria del sistema immunitario.

Questa scoperta, che richiederà senza dubbio approfondimenti, apre la strada a trattamenti preventivi per evitare l’insorgenza della celiachia.

Di S. M.

Approfondimenti:

Linfociti CAR-T: una nuova strategia contro il cancro

 

Linfociti T attaccano una cellula tumorale (http://www.focus.it/scienza/salute/cancro-i-miti-da-sfatare)

Alle tradizionali chemioterapia, radioterapia e chirurgia si è aggiunta in tempi più recenti una quarta strategia per combattere il cancro: l’immunoterapia. Il suo scopo è di utilizzare componenti del sistema immunitario del paziente per riconoscere e neutralizzare le cellule cancerose. Una delle strade più promettenti per il futuro dell’immunoterapia è quella dei linfociti CAR-T.

Globuli bianchi e rossi (http://biology-igcse.weebly.com/blood-cells—structure-and-functions.html)

I linfociti T sono una componente dei cosiddetti globuli bianchi, vengono prodotti nel timo e circolano nel sangue: sono i nostri “soldati” e ci proteggono da patogeni e cellule anomale. Che i linfociti T giochino un ruolo importante nella difesa contro il cancro è noto, poiché sono potenzialmente in grado di distinguere le cellule tumorali da quelle sane, attaccando le prime e risparmiando le seconde. Come fanno i linfociti T a riconoscere  le  cellule tumorali?

 

 

 

 

 

 

Il cancro è di norma il risultato di una serie di mutazioni genetiche e come tale spesso esprime sulla sua superficie proteine assenti invece nelle cellule sane.

(http://bioeticaliceoscarpa.altervista.org)

Un linfocita T è potenzialmente in grado di “vedere” queste proteine, che si chiamano antigeni, molto meglio di noi: il suo occhio è il recettore dei linfociti T, in inglese T-cell receptor o TCR. Non esiste un solo tipo di TCR: popolazioni di linfociti con specificità diverse hanno TCR diversi e il numero totale di antigeni che possono riconoscere è immenso e va naturalmente ben oltre quelli espressi sulla superficie delle cellule tumorali. È attraverso questo stesso sistema che i linfociti T riconoscono e combattono i batteri patogeni, ad esempio, o qualsiasi altra sostanza estranea.

 

Veniamo finalmente ai linfociti CAR-T: la sigla sta per “Chimeric Antigen Receptor”. I CAR sono quindi linfociti T chimerici, opportunamente ingegnerizzati in laboratorio per essere ancora più letali nei confronti del tumore. Linfociti T normali vengono isolati dal sangue del paziente e “armati” con un recettore assemblato in laboratorio, ancora più mirato e potente del TCR. Il recettore CAR è detto chimerico perché costituito da diverse componenti: una porzione di un anticorpo che riconosce il target tumorale con grande specificità e una porzione intracellulare che spinge la cellula ad attivarsi in maniera particolarmente aggressiva contro il tumore stesso.

 

(https://weekly.biotechprimer.com/hacking-the-immune-response/)


I metodi per ingegnerizzare i linfociti T del paziente sono diversi e normalmente consistono nel trasferimento nella cellula di interesse del DNA contenente le istruzioni per l’assemblaggio del recettore. Dopodiché le cellule così modificate vengono re-iniettate nel paziente. Ovviamente la procedura non manca di reazioni collaterali, come buona parte delle terapie anticancro: la potenziale tossicità è associata all’aggressività di queste cellule che producono un grande numero di citochine, composti proteici in grado di modificare il comportamento altre cellule. Queste sono fondamentali per il corretto funzionamento del sistema immunitario, ma in quantità eccessiva possono causare una condizione nota come “tempesta di citochine”, che in alcuni casi costituisce una minaccia per la vita stessa del paziente.

Erika salvatori

 

Fonti:

L’alluminio nei vaccini

Uno dei luoghi comuni più popolari sui vaccini e causa di apprensione per molti genitori esitanti è la presunta pericolosità dei sali di alluminio in essi contenuti. È noto infatti che l’alluminio, come molte altre sostanze, è tossico in dosi elevate e la sua presenza in alcuni vaccini suscita molta preoccupazione nell’opinione pubblica.

Ma a cosa servono esattamente i sali di alluminio?

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