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La biochimica segreta degli antibiotici

Un team di ricercatori è riuscito a capire in che modo vengono prodotti molti antibiotici naturali, risolvendo un mistero vecchio di decenni e aprendo la strada alla ricerca su migliaia di molecole simili potenzialmente utili in medicina.
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Gli antibiotici sono i nostri migliori alleati contro molte malattie infettive di origine batterica, perciò conoscerne la biochimica può rivelarsi molto utile in medicina. Un importante passo avanti è stato compiuto da un team di ricercatori dell’Università dell’Illinois. L’antibiotico nisina In un articolo pubblicato sulla rivista Nature, hanno annunciato la scoperta degli step che portano alla sintesi di un’ampia classe di antibiotici naturali. Fra questi, il più noto è la nisina, prodotta nel latte dal batterio Lactococcus lactis e usata come conservante alimentare già dagli anni '60 del secolo scorso.
La struttura molecolare della nisina, un antibiotico naturale prodotto nel latte e usato come conservante alimentare (immagine: Wikimedia Commons)
I ricercatori conoscono da molto tempo la lunga sequenza del gene della nisina, e hanno anche ricostruito in laboratorio la catena di amminoacidi (ovvero il peptide) codificati da questo gene. Ma dopo la sintesi il peptide subisce diverse modifiche nella cellula batterica, per acquisire la forma e la funzione definitive. Per più di 25 anni, i ricercatori hanno cercato di capire come avvengono questi cambiamenti. Da spaghetto a gomitolo Si parte dal polipeptide a forma di spaghetto, che è troppo flessibile per fare il suo lavoro. Perciò, interviene l’enzima deidratasi che rimuove molecole di acqua e gli conferisce una struttura tridimensionale a cinque anelli. Precedenti ricerche avevano suggerito il ruolo della deidratasi, ma il modo in cui opera è rimasto un mistero fino ad ora. Una lacuna che ha impedito la scoperta, lo studio e la produzione di dozzine di composti simili, potenzialmente utili per combattere malattie di origine alimentare e pericolose infezioni.
I ricercatori dell'Università dell'Illinois che hanno chiarito la formazione della nisina (immagine: L. Brian Stauffer)
Il potere degli anelli Gli anelli della nisina sono essenziali per la sua funzione di antibiotico: due di essi interrompono la costruzione delle pareti cellulari batteriche, mentre gli altri tre producono fori di perforazione nelle loro membrane. Questa duplice azione è particolarmente efficace, in quanto rende molto più difficile per i microbi acquisire una resistenza all’antibiotico. Come opera la deidratasi Dopo lunghe ricerche, è emerso che l’amminoacido glutammato è essenziale per la trasformazione della nisina. La deidratasi prima lo aggiunge al peptide e poi lo elimina, aiutando la nisina ad acquisire la sua forma finale attiva. Ma come fa un enzima a svolgere contemporaneamente due attività opposte? La cristallografia a raggi X ha mostrato la soluzione: una parte della deidratasi si ancora al peptide, mentre un’altra parte aiuta la formazione delle strutture ad anello. Colpo di scena: l’RNA transfer, una molecola più nota per il suo ruolo nel trasporto di amminoacidi durante la sintesi proteica, fornisce il glutammato che permette alla deidratasi di svolgere la propria azione.   Immagine banner in evidenza: Wikimedia Commons Immagine box in homepage: Wikimedia Commons
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