Isolation and engineering of antimicrobial peptides targeting pathogenic Escherichia coli and Salmonella of poultry
Questo studio utilizza il phage display e il sequenziamento di nuova generazione per isolare e ingegnerizzare peptidi antimicrobici che bersagliano efficacemente *Escherichia coli* e *Salmonella* patogeni nel pollame, dimostrando che combinare i peptidi selezionati con la Cathelicidin-BF e valutarli in colture miste può aumentare la potenza e la specificità contro questi batteri resistenti.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
Nel mondo dell'allevamento, i polli vengono allevati in numeri enormi per nutrire il mondo, ma sono anche vulnerabili alle infezioni batteriche che possono diffondersi rapidamente in un intero stormo. Due dei colpevoli più problematici sono l'Escherichia coli e la Salmonella, batteri che possono ammalare gli uccelli e che, in alcuni casi, possono trasmettersi all'uomo. Per decenni, gli allevatori si sono affidati agli antibiotici per tenere a bada queste infezioni, ma i batteri stanno imparando a combattere. Stanno evolvendo difese che rendono inutili i medicinali standard, un problema noto come resistenza antimicrobica. Questa resistenza è una crisi crescente, che minaccia di lasciarci senza trattamenti efficaci per le infezioni comuni. Gli scienziati stanno ora cercando nuovi modi per uccidere questi batteri che non dipendano dagli antibiotici tradizionali. Una via promettente coinvolge piccoli frammenti proteici chiamati peptidi antimicrobici. Questi sono molecole naturali presenti in molti esseri viventi, dalle piante agli animali, che agiscono come una prima linea di difesa praticando fori nelle pareti cellulari batteriche. Sebbene la natura fornisca molti esempi, essi sono spesso instabili o difficili da produrre in grandi quantità, quindi i ricercatori stanno cercando modi per progettare versioni migliori e più efficaci partendo da zero.
Un team di ricercatori dell'Università di Nottingham e di ADAS si è posto l'obiettivo di trovare nuovi peptidi antimicrobici progettati specificamente per colpire i batteri che affliggono la pollame. Invece di cercare di indovinare quali strutture chimiche potessero funzionare, hanno utilizzato un metodo chiamato phage display, che agisce come una massiccia, automatizzata spedizione di pesca. Hanno creato una libreria contenente miliardi di minuscoli virus, ognuno dei quali trasportava una stringa unica e casuale di sedici amminoacidi — i mattoni fondamentali delle proteine — sulla propria superficie. Hanno poi esposto questa libreria ai batteri bersaglio, E. coli e Salmonella, permettendo ai virus di attaccarsi alle superfici batteriche. Lavando via i virus che non si legavano e mantenendo solo quelli che si erano agganciati, sono stati in grado di identificare quali specifiche stringhe di amminoacidi fossero brave ad agganciare i batteri. Per rendere questo processo ancora più preciso, hanno utilizzato una potente tecnica di sequenziamento per leggere il codice genetico dei virus sopravvissuti al lavaggio, individuando le sequenze esatte che avevano avuto più successo nel legarsi.
Da questo enorme pool di candidati, i ricercatori hanno ristretto il campo a cinquantasette peptidi che mostravano una forte preferenza per l'attaccarsi ai batteri bersaglio. Hanno poi testato questi cinquantasette candidati per vedere se fossero effettivamente in grado di uccidere i batteri, e non solo di attaccarsi ad essi. I risultati sono stati selettivi ma significativi: cinque dei peptidi hanno dimostrato la capacità di inibire o uccidere i batteri a basse concentrazioni. Un peptide, chiamato GWG, si è distinto perché era efficace contro tutti i batteri Gram-negativi testati, mentre altri mostravano attività solo in condizioni specifiche. I ricercatori hanno anche confrontato queste nuove scoperte con un peptide noto e ben studiato, la Catelicidina-BF, che si trova naturalmente negli uccelli e possiede proprietà antibatteriche ampie. Hanno scoperto che, sebbene i loro nuovi peptidi fossero efficaci, la Catelicidina-BF naturale era ancora più potente, uccidendo i batteri a concentrazioni molto più basse.
Lo studio ha preso una piega interessante quando i ricercatori hanno osservato come questi peptidi si comportassero in ambienti misti. Nel mondo reale, i batteri raramente esistono isolati; vivono in comunità con altre specie. Quando i ricercatori hanno testato i peptidi in colture contenenti sia E. coli che Salmonella insieme, il comportamento dei peptidi è cambiato. Il peptide naturale Catelicidina-BF, che uccideva entrambi i tipi di batteri ugualmente bene quando testato da solo, è diventato improvvisamente molto più selettivo nella coltura mista, preferendo uccidere l'E. coli lasciando la Salmonella sostanzialmente intatta. Questo cambiamento suggerisce che la presenza di una specie batterica può alterare il modo in cui un'altra specie reagisce a un trattamento, un fattore che viene spesso trascurato quando gli scienziati testano i batteri uno alla volta.
Per rendere questi peptidi ancora più efficaci, il team ha provato una strategia chiamata dimerizzazione, che consiste nel collegare due molecole peptidiche tra loro per formare una coppia. Hanno creato coppie dei nuovi peptidi, così come coppie che combinavano un nuovo peptide con la naturale Catelicidina-BF. I risultati hanno mostrato che unire le molecole ne cambia le proprietà in modi sorprendenti. In alcuni casi, collegarli insieme li rendeva meno efficaci nel fermare la crescita batterica, ma in altri casi, li rendeva molto più capaci di uccidere i batteri. Ad esempio, una coppia formata collegando il nuovo peptide GWG con la Catelicidina-BF manteneva la capacità di uccidere selettivamente l'E. coli nelle colture miste, un tratto che non era così pronunciato nelle singole molecole. Ciò suggerisce che, semplicemente connettendo due diversi peptidi, gli scienziati possono perfezionarne il comportamento, creando potenzialmente strumenti che siano più precisi o potenti di quanto uno dei due pezzi potrebbe essere da solo.
I ricercatori hanno anche esaminato la sicurezza di questi nuovi peptidi testando se danneggiassero i globuli rossi, una preoccupazione comune con i trattamenti antibatterici. La maggior parte dei nuovi peptidi ha mostrato pochissimo danno alle cellule del sangue, anche ad alte concentrazioni. Tuttavia, uno dei nuovi peptidi, il GWG, ha mostrato una certa capacità di danneggiare le cellule del sangue, sebbene il collegamento in una coppia abbia ridotto questo effetto dannoso. Questo risultato evidenzia un equilibrio cruciale nello sviluppo di farmaci: la necessità di uccidere i batteri senza danneggiare l'ospite. Lo studio si è concluso affermando che combinare il metodo di pesca del phage display con strumenti informatici per prevedere quali sequenze potrebbero funzionare potrebbe accelerare la scoperta di nuovi trattamenti. Testando i peptidi in colture batteriche miste e sperimentando il loro collegamento, il team ha dimostrato un approccio flessibile per creare nuove armi contro i batteri resistenti, offrendo una potenziale via d'uscita per proteggere la pollame e, di riflesso, la salute umana.
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