Peptidi specifici della simbiosi – Una spada a doppio taglio a servizio dell’umanità
L’azotofissazione biologica su larga scala mitigherebbe gli effetti dell’uso indiscriminato di fertilizzanti. Inoltre la capacità di manipolare la differenziazione cellulare batterica potrebbe essere usata per sviluppare nuovi antibiotici senza correre il rischio che emergano ceppi di batteri resistenti ai farmaci. Il progetto SYM-BIOTICS, finanziato dall’UE, ha studiato il processo di azotofissazione biologica per trovare soluzioni rispettose dell’ambiente. L’azotofissazione biologica nei legumi a clade capovolto senza ripetizioni (Inverted Repeat-Lacking Clade o IRLC) coinvolge peptidi nodulo-specifici ricchi di cisteina (nodule-specific cysteine-rich o NCR) che modificano le proprietà dei batteri rhizobium endosimbionti. Questa differenziazione diretta dall’ospite dei batteri è un processo multifase che culmina nello sviluppo di grandi batterioidi che fissano l’azoto, non coltivabili e poliploidi. Peptide NCR – un vantaggio per noi I ricercatori hanno sviluppato protocolli rivoluzionari e hanno studiato il ruolo dei poliploidi e della differenziazione irreversibile nei batterioidi che fissano l’azoto per determinare il ruolo dei NCR in questo processo. In dieci legumi IRLC selezionati, hanno identificato il repertorio genico NCR che varia da un paio a centinaia di geni e hanno trovato una correlazione tra la morfologia batteroide e la complessità delle famiglie di peptidi NCR. Di oltre 700 peptidi NCR nella Medicago truncatula, gli scienziati hanno identificato la presenza di circa 150 peptidi in questi batterioidi, che indica la loro alta stabilità. Diversi di questi peptidi, come NCR247 e NCR169 si sono rivelati critici per una simbiosi di successo, il che indica le loro funzioni uniche e insostituibili. “I 700 NCR provengono da eventi di duplicazione genica nei quali alcuni peptidi hanno funzioni ridondanti mentre altri sono essenziali. Tra questi, diversi sono specifici per la specie Medicago come il NCR169, mentre altri sono attori principali nei diversi processi differenziali batterici,” spiega la prof.ssa Eva Kondorosi, ricercatrice principale di questo progetto. Un interessante sviluppo è che alcuni di questi peptidi NCR, più in particolare quelli cationici, hanno proprietà antimicrobiche. Fa notare la prof.ssa Kondorosi: “Per esempio, il NCR247 inibisce la divisione cellulare batterica e la sua interazione con molte proteine batteriche altera la fisiologia del batterio con meccanismi multipli. Questo peptide in vitro uccide efficacemente molti batteri patogeni e funghi senza citotossicità per le cellule umane. Inoltre attaccare i microorganismi usando molti bersagli e percorsi riduce il rischio di sviluppare resistenza. Queste proprietà sono quindi ideali per lo sviluppo di nuovi antibiotici.” Gli scienziati hanno testato circa 40 peptidi NCR sintetici su batteri Gram-negativi e Gram-positivi, e su funghi, con buoni risultati. Oltre a non essere tossici per le linee cellulari umane e animali, le loro prestazioni erano paragonabili all’amfotericina B antifungina disponibile sul mercato. Inoltre il meccanismo multi-bersaaglio di azione riduce al minimo l’emergere della farmaco-resistenza. Risorse vegetali, una benedizione per l’umanità Questo studio senza precedenti di come organismi ospite come le piante utilizzano i peptidi NCR per manipolare e modificare i microbi ha fornito nuove informazioni che potranno avere applicazioni molto ampie. Oltre a migliorare l’azotofissazione, queste informazioni potrebbero essere usate per sviluppare risorse per il trattamento delle acque reflue, la produzione di idrogeno e la bonifica ambientale. “Abbiamo candidati eccellenti per gli antibiotici a base di peptide NCR. Il nostro lavoro però non è finito. A causa dei costi della sintesi di peptidi chimici, dobbiamo ridurre le dimensioni dei peptidi. Testare l’azione combinata di peptidi antimicrobici potrebbe rivelarsi la chiave per ridurre il loro livello minimo di concentrazione inibitoria” conclude la prof.ssa Kondorosi. Infine, è stata fatta domanda di brevetto per gli effetti antimicrobici dei peptidi NCR. Grazie al lavoro di SYM-BIOTICS antibiotici economici ed efficaci a base di peptidi potrebbero essere disponibili prima di quanto fosse possibile in precedenza.
Parole chiave
SYM-BIOTICS, simbiosi, antibiotici, sicurezza alimentare, peptidi NCR
