Una raccolta di prodotti nel database di un Istituto statunitense per la tecnologia e l’innovazione biomedica – sede di una delle più grandi collezioni di sostanze chimiche naturali microbiche al mondo – rivela nuovi enzimi con proprietà sorprendenti.
Gli scienziati che hanno fatto la recente scoperta ritengono che queste sostanze naturali potrebbero essere utilizzate nelle malattie umane, compreso il cancro , secondo una ricerca recentemente pubblicata sulla rivista Nature Chemical Biology .
La scoperta offre modi potenzialmente più semplici per studiare e produrre sostanze chimiche naturali complesse che potrebbero essere utilizzate anche nell’industria farmaceutica.
“La natura è il miglior chimico”
Il contributo delle sostanze chimiche batteriche alla storia della scoperta dei farmaci è notevole, afferma il chimico Ben Shen, che dirige il Center for Natural Product Discovery presso l’UF Scripps Institute for Biomedical Innovation and Technology negli Stati Uniti.
“Poche persone sanno che quasi la metà degli antibiotici e dei farmaci oncologici sul mercato approvati dalla Food and Drug Administration (FDA) statunitense sono o sono ispirati a prodotti naturali”, spiega Shen.
“La natura è il miglior chimico che produce questi complessi prodotti naturali. Stiamo applicando moderne tecnologie genomiche e strumenti computazionali per comprenderne l’affascinante chimica ed enzimologia, e questo sta portando a progressi a una velocità senza precedenti. Questi due enzimi sono l’ultimo esempio interessante”, osserva il ricercatore.
Un nuovo modo di sintetizzare le sostanze di difesa dell’organismo
Gli enzimi scoperti dal team sono chiamati “ossigenasi senza cofattori”. Ciò significa che gli enzimi batterici estraggono l’ossigeno dall’aria e lo incorporano in nuovi composti senza la necessità di metalli tipici o altri cofattori per avviare la reazione chimica necessaria.
Questo nuovo modo di sintetizzare le sostanze di difesa conferirebbe un vantaggio in termini di sopravvivenza, consentendo al corpo di respingere infezioni o invasori. Gli enzimi offrono agli scienziati nuovi modi per creare cose utili, dicono i ricercatori.
Gli enzimi TnmJ e TnmK2 consentono ai batteri di produrre composti per colpire e rompere il DNA, il che potrebbe essere estremamente utile nella lotta contro un virus o nella distruzione del cancro.
Terapie combinate anticorpo-farmaco
Infatti, la tiancimicina A è in fase di sviluppo come parte di una terapia con anticorpi mirati al tumore. Questi tipi di terapie combinate anticorpo-farmaco rappresentano un nuovo approccio in rapida crescita per combattere il cancro. Ma un passo fondamentale verso l’utilizzo della tiancimicina A come carico utile di anticorpi è produrre abbastanza per studiarlo su scala più ampia.
Anche dopo che gli scienziati hanno identificato i geni responsabili della codifica della tiancimicina A, non è stato possibile prevedere molti dei passaggi necessari per sintetizzarla. I due enzimi descritti nel recente studio, tuttavia, sono molto insoliti.
La tiancimicina A è stata scoperta per la prima volta in un batterio che vive nel suolo, un tipo di streptomiceti nella collezione di ceppi del Natural Products Discovery Center.
Per risolvere il mistero è stato necessario trovare altri batteri produttori di prodotti naturali simili alla tiancimicina A nella raccolta di 125.000 ceppi batterici del Natural Product Discovery Center dell’istituto e analizzare i loro genomi per trovare indizi evolutivi.
La collezione storica è stata a lungo ospitata nel seminterrato di un’azienda farmaceutica, raccolta nel corso dei decenni successivi alla scoperta della penicillina, nella corsa speranzosa della comunità scientifica per trovare il prossimo grande antibiotico.
Nel corso degli anni la collezione ha dato vita a diversi farmaci importanti, tra cui la streptomicina, un antibiotico antitubercolare e il sirolimus, un farmaco per i trapianti di organi. Ma la maggior parte dei ceppi batterici liofilizzati della collezione rimanevano inesplorati, nelle loro fiale di vetro.
Le moderne tecniche di sequenziamento del genoma e di bioinformatica dimostrano che potrebbero esserci fino a 30 cluster di geni interessanti in ogni ceppo di batteri studiato dai ricercatori, molti dei quali codificano prodotti naturali che non sono mai stati documentati negli esseri umani prima della scienza, ha affermato Shen, che è un membro dell’UF Health Cancer Center.
