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Nei parchi vive una tossina ‘killer’ per gli insetti. Per l’uomo può diventare un alleato. Si tratta di microrganismi responsabili di quell’odore così forte di terra che pervade l’aria dopo la pioggia. In ogni giardino, parco e campo da gioco del pianeta la superficie pullula di un tipo di batterio chiamato Streptomyces, uno degli organismi più abbondanti della Terra. Ma le molecole di quel profumo familiare sono solo la punta dell’iceberg delle sostanze chimiche che producono questi microbi che vivono nel terreno. Gli Streptomyces sono vere e proprie fabbriche farmaceutiche naturali, responsabili della produzione di molti dei composti antitumorali, immunosoppressori e antibiotici utilizzati nelle cliniche di tutto il mondo.
E un nuovo studio pubblicato sulla rivista ‘Nature Microbiology’ aggiunge un ulteriore tassello, suggerendo che il loro repertorio chimico sia ancora più complesso di quanto si pensasse in precedenza. I ricercatori della canadese McMaster University e delle istituzioni americane Boston Children’s Hospital e Harvard Medical School, in collaborazione con l’Università di Stoccolma in Svezia e l’Università statunitense di Yale, hanno identificato e caratterizzato una nuova classe di tossine prodotte da alcuni componenti della famiglia Streptomyces, molto lontanamente imparentate con la tossina letale che causa la difterite, grave infezione contagiosa nell’uomo. Nonostante le somiglianze strutturali con la tossina difterica, queste proteine tossiche appena scoperte non causano malattie nell’uomo, sono invece ‘killer’ per un’ampia varietà di insetti.
Hanno origini antichissime, ricostruiscono gli autori del lavoro, e potrebbero avere implicazioni indirette anche per la salute umana, oltre che per l’agricoltura e la scoperta di nuovi farmaci. “Queste tossine, che abbiamo chiamato proteine insetticide di Streptomyces antiquus, o Saip, colpiscono solo le cellule degli insetti”, illustra Cameron Currie, professore del Dipartimento di biochimica e scienze biomediche della McMaster University e coautore del nuovo studio.
Per comprendere esattamente perché le Saip siano tossiche solo per gli insetti, i ricercatori hanno utilizzato una tecnologia di editing genomico (Crispr) per identificare i fattori dell’ospite necessari alla tossicità. Disattivando sistematicamente i geni delle cellule degli insetti, hanno individuato una proteina di superficie chiamata ‘Flower’. Sebbene versioni di questo gene esistano in altri organismi, la versione specifica degli insetti è l’unico recettore noto per le Saip. Queste tossine non possono entrare nelle cellule senza questo recettore, ed è il motivo per cui non hanno alcun effetto sugli esseri umani.
Attraverso analisi bioinformatiche, genomiche ed evolutive, il team di ricerca ha ricostruito la comparsa di queste tossine precedentemente sconosciute nel corso del tempo, per determinare quando gli Streptomyces ha sviluppato la capacità di produrle. La scoperta è sorprendente: le Saip sono in realtà molto antiche, risalenti a oltre 100 milioni di anni fa. Per Currie, che è anche componente del Michael G. DeGroote Institute for Infectious Disease Research e si occupa di ricerca sulle pandemie nell’ateneo canadese, l’antica storia di queste tossine suggerisce la possibilità che abbiano potenzialmente giocato un ruolo nel plasmare le malattie umane, sebbene l’esperto sottolinei che si tratti ancora di un’ipotesi. “Sappiamo che il batterio che causa la difterite ha acquisito la sua tossina da un’altra specie di batteri molto tempo fa, quindi è possibile che queste tossine di Streptomyces siano state il ‘calderone’ per la successiva comparsa della tossina difterica”, afferma. Non tutte le specie di Streptomyces producono queste tossine, precisa lo scienziato: la stragrande maggioranza, infatti, vive in armonia con gli insetti, sia al loro interno che all’esterno.
Secondo i ricercatori, questa capacità sembra essere limitata ad alcune linee evolutive specifiche all’interno del vasto genere Streptomyces. “È noto che gli Streptomyces intrattengono principalmente rapporti mutualistici con gli insetti, ma abbiamo scoperto un clade di ceppi che sono probabilmente patogeni per loro”, spiega Min Dong, ricercatore del Boston Children’s Hospital e professore associato alla Harvard Medical School, coautore del nuovo studio. Secondo gli esperti, questi ceppi si sono evoluti assumendo un ruolo altamente specializzato in natura: “Non si limitano a uccidere gli insetti, ma sono anche straordinariamente efficienti nel consumarli, utilizzando i loro ospiti morti come fonte di nutrienti essenziali”, evidenzia Currie, che ha collaborato allo studio anche con Norbert Perrimon di Harvard.
Quando questi ceppi specializzati di Streptomyces decompongono i tessuti degli insetti, producono simultaneamente potenti sostanze chimiche antimicrobiche, probabilmente per respingere i microbi concorrenti attratti dalla stessa risorsa. Pertanto, il team di ricerca ritiene che potrebbero rappresentare una fonte in gran parte inesplorata anche di nuovi antibiotici o di altre molecole di utilità medica. Già in precedenti ricerche, il laboratorio di Currie ha identificato una serie di promettenti antibiotici prodotti da altri ceppi di Streptomyces, il che rende ottimisti gli esperti sulla rilevanza clinica di queste nuove sostanze chimiche. Currie osserva inoltre che la scoperta di una Saip è significativa perché le tossine batteriche possono avere implicazioni che vanno ben oltre il loro ruolo nelle malattie. La tossina botulinica, ad esempio, comunemente nota come botox, ha diverse applicazioni mediche e cosmetiche, mentre altre tossine batteriche sono state sfruttate per usi in immunologia, agricoltura e biotecnologia.
“Al momento, si tratta di una scoperta scientifica di base, ma che potrebbe avere applicazioni pratiche concrete in futuro”, conclude Currie che con i suoi collaboratori ha brevettato la scoperta e sta iniziando ad esplorarne le potenziali vie di commercializzazione, in particolare nel settore agricolo, dove le tossine per insetti sono in genere molto richieste.
“Una tossina come questa potrebbe potenzialmente contribuire a controllare i vettori di malattie umane, come le zanzare, che possono trasmettere la malaria e il virus West Nile, o forse essere utilizzata per proteggere i raccolti dagli insetti nocivi. È possibile che possa essere impiegata in diversi modi”. Nel frattempo, si continua a studiare il comportamento delle Saip in contesti biologici più complessi, analisi che consentono ai ricercatori di isolare gli antimicrobici secreti dai ceppi di Streptomyces produttori di tossine, per comprendere meglio il loro potenziale clinico. A prescindere da come si svilupperà il lavoro successivo, per gli scienziati una cosa è certa: la scoperta in sé dimostra quanto ci sia ancora da imparare sui batteri. “Aver identificato qualcosa di così nuovo in uno dei gruppi di batteri più abbondanti e studiati al mondo sottolinea quanto poco sappiamo in realtà su di loro – chiosa Currie – Questa tossina ci ricorda con forza che i batteri sono organismi incredibilmente diversi, con capacità che continuano a sorprenderci”.
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