In Silico Polypharmacological Profiling of Lupeol and 1-Heptatriacontanol from Probiotic Limosilactobacillus reuteri GM4 and Streptococcus equinus WC1 against Colorectal Cancer-Associated Targets

Il cancro è una malattia di segnali interrotti, in cui le cellule che dovrebbero smettere di crescere si moltiplicano invece in modo incontrollato. Nel colon, questa crescita incontrollata porta al cancro colorettale, una delle principali cause di morte in tutto il mondo. Sebbene la medicina moderna offra trattamenti come la chirurgia e la chemioterapia, questi approcci possono essere duri e le cellule cancerose spesso trovano modi per resistere ad essi. Ciò ha spinto gli scienziati a cercare nuove soluzioni in luoghi inaspettati, inclusi i trilioni di minuscoli batteri che vivono all'interno dell'intestino umano. Questi microbi, noti come microbiota intestinale, fanno molto di più che aiutare a digerire il cibo; essi producono una vasta gamma di composti chimici che possono influenzare la salute umana. Alcuni di questi sottoprodotti batterici hanno mostrato promesse nel combattere le malattie, agendo come strumenti naturali che potrebbero un giorno aiutare a impedire alle cellule cancerose di diffondersi o costringerle a morire.

Per capire come questi prodotti chimici batterici potrebbero funzionare, i ricercatori si sono rivolti a un potente metodo basato sul computer chiamato docking molecolare. Immaginate di cercare una chiave che si adatti a una serratura specifica; nel corpo, le "serrature" sono proteine che controllano la crescita cellulare, e le "chiavi" sono molecole chimiche. Se una molecola si inserisce perfettamente nel sito attivo di una proteina, può cambiare il modo in cui quella proteina si comporta. Simulando questo processo di incastro su un computer, gli scienziati possono prevedere quali sostanze chimiche batteriche potrebbero interagire con le proteine coinvolte nel cancro colorettale. Questo approccio consente ai ricercatori di esaminare migliaia di potenziali candidati rapidamente, restringendo la lista a quelli più promettenti prima di testarli in un laboratorio o in organismi viventi.

In uno studio recente, i ricercatori Mona A. Ashour e Khaled Metwally dell'Università Ain Shams in Egitto hanno esplorato questa possibilità utilizzando due ceppi specifici di batteri benefici: Limosilactobacillus reuteri GM4 e Streptococcus equinus WC1. Questi batteri fanno parte della normale comunità intestinale e sono noti per la loro capacità di sostenere la salute. Il team ha prima coltivato questi batteri in un ambiente controllato e ha raccolto il liquido da essi prodotto, che contiene le sostanze chimiche che i batteri secernono. Utilizzando una tecnica che separa e identifica le sostanze chimiche in base al loro peso e alla loro struttura, hanno analizzato la miscela per vedere cosa ci fosse all'interno. Hanno scoperto che i batteri producevano diverse molecole complesse, ma due si distinguevano come le più abbondanti e interessanti: un composto chiamato lupeolo e un altro chiamato 1-eptatriacontanolo. Il lupeolo costituiva quasi il 15 percento delle sostanze chimiche volatili di un ceppo, mentre l'1-eptatriacontanolo appariva a circa il 5,5 percento nell'altro.

Con queste due sostanze chimiche identificate, i ricercatori si sono posti una domanda critica: potrebbero legarsi alle proteine che guidano il cancro colorettale? Hanno selezionato dieci diverse proteine umane note per essere coinvolte nello sviluppo del cancro, incluse quelle che controllano la divisione cellulare, gestiscono gli ormoni e riparano il DNA danneggiato. Utilizzando simulazioni al computer, hanno modellato l'interazione tra il lupeolo e l'1-eptatriacontanolo con ciascuno di questi dieci bersagli. I risultati hanno mostrato una chiara differenza tra le due sostanze chimiche. Il lupeolo era un adattamento molto migliore per le proteine legate al cancro rispetto all'1-eptatriacontanolo. In otto casi su dieci, il lupeolo si legava più saldamente, con una forza di legame che variava da moderata a molto forte. L'interazione più forte è avvenuta con una proteina chiamata HSD11B1, che aiuta a regolare gli ormoni dello stress nel corpo. Nella simulazione, il lupeolo si è sistemato nel sito attivo di questa proteina con un'energia di legame di meno 11,0 kilocalorie per mole, un valore che indica una connessione molto stabile. Al contrario, l'1-eptatriacontanolo, che è essenzialmente una catena lunga e flessibile di atomi di carbonio, ha faticato a formare connessioni stabili con la maggior parte dei bersagli, mostrando spesso punteggi di legame molto più deboli.

I ricercatori hanno esaminato i dettagli di queste interazioni per capire perché il lupeolo fosse così efficace. Hanno scoperto che il lupeolo possiede una struttura multi-anello rigida che agisce come un blocco solido, permettendogli di incastrarsi comodamente nelle cavità delle proteine. Ha formato numerosi contatti con gli amminoacidi circostanti, principalmente attraverso interazioni idrofobiche, che sono forze che spingono le parti delle molecole che non amano l'acqua l'una verso l'altra. In alcuni casi, come con la proteina CDC25B, il lupeolo ha anche formato un legame a idrogeno specifico, un tipo di connessione più forte, con un singolo amminoacido della proteina. Questa combinazione di una forma solida e di molteplici punti di contatto ha permesso al lupeolo di aggrapparsi saldamente. D'altro canto, l'1-eptatriacontanolo, con la sua catena lunga e floscia, mancava della struttura rigida necessaria per incastrarsi efficacemente. Poteva formare solo connessioni deboli e lasche, il che spiega perché ha performato scarsamente nelle simulazioni.

Uno dei risultati più significativi è stato il potenziale impatto su HSD11B1. Questa proteina è nota per essere coinvolta nella sindrome metabolica ed è stata collegata alla sopravvivenza delle cellule cancerose. La simulazione ha suggerito che il lupeolo potrebbe bloccare l'attività di questa proteina, il che potrebbe interrompere i segnali che aiutano le cellule cancerose a crescere. Lo studio ha anche evidenziato le interazioni con altri bersagli importanti, come il recettore degli androgeni, coinvolto nella crescita cellulare, e il TRPM8, un canale che percepisce il freddo e il dolore. Sebbene i modelli al computer abbiano mostrato che il lupeolo poteva inserirsi in queste proteine, i ricercatori sono stati cauti nel sottolineare che si tratta di previsioni. Le simulazioni non provano che il lupeolo effettivamente fermi il funzionamento di queste proteine in un essere umano vivente, né mostrano che uccida direttamente le cellule cancerose. Lo studio afferma esplicitamente che questi risultati sono un punto di partenza, un modo per generare ipotesi che devono essere testate con esperimenti nel mondo reale.

Gli autori hanno concluso che, sebbene entrambi i prodotti chimici derivino dalla stessa fonte, il lupeolo è il candidato molto più promettente per ulteriori studi. La sua capacità di legarsi a una vasta gamma di proteine legate al cancro suggerisce che possa agire attraverso molteplici vie contemporaneamente, una strategia che potrebbe essere utile contro malattie complesse come il cancro. Tuttavia, l'articolo chiarisce che questo è solo il primo passo. Le scoperte sono puramente computazionali, basate su modelli matematici di come le molecole potrebbero interagire. Per passare da uno schermo di un computer a un vero trattamento, gli scienziati dovrebbero confermare queste interazioni in un laboratorio, testare come il corpo elabora la sostanza chimica e vedere se essa effettivamente rallenta o ferma la crescita del cancro negli organismi viventi. Per ora, lo studio offre un motivo convincente per guardare più da vicino alle sostanze chimiche prodotte dai batteri intestinali, suggerendo che la natura potrebbe aver già fornito alcuni degli strumenti necessari per combattere le malattie, nascosti in piena vista all'interno del nostro stesso microbioma.