Un nuovo antibiotico sfida la resistenza batterica

Un gruppo di scienziati dell’Università di Chicago e dell’Università di Harvard ha sviluppato un nuovo antibiotico in grado di combattere i batteri resistenti ai farmaci e le malattie da essi causate.

L’antibiotico, chiamato cresomicina, descritto nella rivista Science, è efficace nel sopprimere i batteri patogeni che sono diventati resistenti a molti antimicrobici comunemente prescritti.
Questo promettente antibiotico è il risultato della lunga collaborazione tra il gruppo di Yury Polikanov, professore associato di scienze biologiche presso l’UIC, e i colleghi di Harvard. Gli scienziati di Chicago forniscono importanti informazioni sui meccanismi cellulari e sulla struttura che aiutano i ricercatori di Harvard a progettare e sintetizzare nuovi farmaci.

Nello sviluppo del nuovo antibiotico, il gruppo si è concentrato su come molti antibiotici interagiscono con un bersaglio cellulare comune: il ribosoma, e su come i batteri resistenti ai farmaci modificano i loro ribosomi per difendersi.
Più della metà degli antibiotici inibiscono la crescita dei batteri patogeni interferendo con la loro biosintesi proteica, un processo complesso catalizzato dal ribosoma, che è simile a “una stampante 3D che produce tutte le proteine all’interno di una cellula”, ha spiegato Polikanov. Gli antibiotici si legano ai ribosomi batterici e interrompono il processo di produzione delle proteine, facendo morire i batteri invasori.

Ma molti batteri hanno sviluppato difese semplici contro questo attacco. In una difesa, interferiscono con l’attività dell’antibiotico aggiungendo un gruppo metile di un carbonio e tre atomi di idrogeno ai propri ribosomi.
Gli scienziati hanno scoperto che questo meccanismo di difesa è più complesso di quanto si pensasse, come è stato descritto in un articolo pubblicato il mese scorso su Nature Chemical Biology.
Utilizzando una tecnica chiamata cristallografia a raggi X per visualizzare i ribosomi resistenti ai farmaci con una precisione quasi atomica, hanno scoperto due tattiche di difesa. Il gruppo metile, hanno scoperto, blocca fisicamente il sito di legame, ma modifica anche la forma delle “viscere” interne del ribosoma, interferendo ulteriormente con l’attività dell’antibiotico.
Il laboratorio di Polikanov ha poi utilizzato la cristallografia a raggi X per studiare come determinati farmaci, compreso uno pubblicato su Nature dalla collaborazione tra UIC e Harvard nel 2021, eludano questa forma comune di resistenza batterica.
“Scoprendo la struttura reale degli antibiotici che interagiscono con i ribosomi resistenti ai farmaci, abbiamo visto quello che non poteva essere previsto dai dati strutturali disponibili o dalla modellazione al computer”, ha dichiarato Polikanov. “È sempre meglio vederlo una volta che sentirne parlare mille volte, e le nostre strutture sono state importanti per progettare questo promettente nuovo antibiotico e capire come riesce a eludere i tipi più comuni di resistenza”.

La cresomicina è un antibiotico sintetico progettato per evitare l’interferenza del gruppo metile e si lega saldamente ai ribosomi, interrompendone la funzione. Questo processo coinvolge il blocco del farmaco in una forma pre-ottimizzata per legarsi al ribosoma, il che gli consente di superare le difese batteriche.
“Si lega semplicemente ai ribosomi e si comporta come se non gliene importasse se c’è stata questa metilazione o meno”, ha detto Polikanov. “Supera facilmente diversi dei tipi più comuni di resistenza ai farmaci”.
Negli esperimenti condotti sugli animali presso Harvard, il farmaco si è dimostrato efficace nel proteggere contro le infezioni causate da ceppi multiresistenti di batteri come Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa. Sulla base di questi risultati promettenti, il prossimo passo sarà valutare l’efficacia e la sicurezza della cresomicina negli esseri umani.
Anche in questa fase precoce, il processo dimostra il ruolo fondamentale che la biologia strutturale svolge nel progettare la prossima generazione di antibiotici e altri farmaci salvavita, secondo Polikanov.
“Senza le strutture, saremmo ciechi riguardo a come questi farmaci si legano e agiscono sui ribosomi modificati resistenti ai farmaci”, ha affermato Polikanov. “Le strutture che abbiamo determinato ci hanno fornito una comprensione fondamentale dei meccanismi molecolari che permettono a questi farmaci di eludere la resistenza”.

Domande frequenti (FAQ):

1. Che cos’è la cresomicina?
La cresomicina è un nuovo antibiotico sviluppato da un gruppo di scienziati dell’Università di Chicago e dell’Università di Harvard. È stato descritto come efficace nel combattere i batteri resistenti ai farmaci.

2. Come agisce la cresomicina sui batteri?
La cresomicina agisce legandosi saldamente ai ribosomi dei batteri, interrompendone la funzione e bloccando il processo di produzione delle proteine, facendo morire i batteri invasori.

3. Quali sono le difese dei batteri resistenti ai farmaci?
I batteri resistenti ai farmaci hanno sviluppato una difesa che consiste nell’aggiunta di un gruppo metile ai propri ribosomi. Questo meccanismo di difesa blocca fisicamente il sito di legame dell’antibiotico e modifica la forma interna del ribosoma, interferendo ulteriormente con l’attività dell’antibiotico.

4. Come è stato possibile scoprire le tattiche di difesa dei batteri resistenti ai farmaci?
Gli scienziati hanno utilizzato una tecnica chiamata cristallografia a raggi X per visualizzare i ribosomi resistenti ai farmaci con una precisione quasi atomica. Questo ha permesso loro di scoprire le tattiche di difesa utilizzate dai batteri.

5. Come la cresomicina elude la resistenza batterica?
La cresomicina è progettata per evitare l’interferenza del gruppo metile e si lega saldamente ai ribosomi, interrompendone la funzione. In questo modo, riesce a superare le difese batteriche.

6. Quali batteri è in grado di combattere la cresomicina?
Sulla base degli esperimenti condotti sugli animali presso Harvard, la cresomicina si è dimostrata efficace nel proteggere contro le infezioni causate dai batteri multiresistenti come Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa.

7. Quali sono le prossime fasi della ricerca sulla cresomicina?
Le prossime fasi della ricerca sulla cresomicina includono la valutazione dell’efficacia e della sicurezza del farmaco negli esseri umani.

8. Qual è il ruolo della biologia strutturale nello sviluppo di antibiotici?
La biologia strutturale svolge un ruolo fondamentale nel progettare la prossima generazione di antibiotici. Le strutture molecolari determinate dai ricercatori forniscono una comprensione dei meccanismi molecolari che permettono ai farmaci di eludere la resistenza dei batteri.

Definizioni:

– Antimicrobico: un agente che uccide o inibisce la crescita di microrganismi come batteri, virus e funghi.
– Ribosoma: una particella cellulare coinvolta nella sintesi delle proteine.
– Proteina: una macromolecola biologica composta da uno o più amminoacidi che svolge una varietà di funzioni all’interno delle cellule.
– Resistenza ai farmaci: la capacità dei batteri di sopravvivere all’esposizione agli antibiotici e di continuare a crescere e causare infezioni.
– Biologia strutturale: un campo di studio che si occupa della determinazione delle strutture molecolari delle biomolecole e della comprensione dei meccanismi molecolari che regolano la loro funzione.

Per ulteriori informazioni sull’argomento, si consiglia di visitare il sito web dell’Università di Chicago: link.