Bioprospecting the Cultivable Bacteria Associated with Trididemnum maragogi from the Saint Peter and Saint Paul’s Archipelago (Brazil) for Bioactive Metabolites

Nelle profondità dell'oceano, dove la luce del sole svanisce e la pressione aumenta, la vita trova un modo per prosperare in partnership inaspettate. Tra queste partnership, le più di successo sono le relazioni tra gli animali marini e i batteri microscopici che vivono su o dentro di loro. Per decenni, gli scienziati hanno saputo che questi piccoli vicini non sono solo passeggeri; sono spesso le vere fabbriche dietro i potenti composti chimici presenti nelle creature marine. Molti dei medicinali che usiamo oggi, specialmente quelli che combattono il cancro, sono stati originariamente scoperti in animali marini come gli ascidi, ma ulteriori ricerche hanno rivelato che sono spesso i batteri che vivono in essi a produrre effettivamente i farmaci. Questa consapevolezza ha spostato l'attenzione della scoperta di farmaci verso il mondo microscopico, dove i ricercatori cercano nuove strutture chimiche che potrebbero diventare la prossima generazione di trattamenti salvavita.

In un angolo remoto dell'Oceano Atlantico, lontano dalla costa brasiliana, si trova un piccolo gruppo di isole vulcaniche noto come l'Arcipelago di San Pietro e San Paolo. Questo luogo isolato è la dimora di una specie unica di ascidio, un piccolo animale stazionario che filtra l'acqua per nutrirsi. Un team di ricercatori si è recato in questo arcipelago per raccogliere campioni di questo specifico ascidio, che cresce in grandi chiazze piatte sul fondale roccioso dell'oceano. Il loro obiettivo non era studiare l'animale in sé, ma investigare la comunità di batteri che vive sulla sua superficie. Volevano vedere se questi microbi potessero produrre sostanze chimiche capaci di arrestare la crescita delle cellule cancerose, una proprietà nota come attività antiprolforativa.

Gli scienziati hanno portato i loro campioni in laboratorio e hanno iniziato il lento lavoro di separazione dei batteri dal tessuto dell'ascidio. Hanno posto piccole quantità di materiale animale schiacciato su diversi tipi di piastre ricche di nutrienti, aspettando che i batteri crescessero in colonie visibili. Nel corso di diversi mesi, questo processo ha prodotto cinquanta ceppi batterici distinti. I ricercatori hanno poi identificato il tipo di batteri che avevano trovato leggendo un codice genetico specifico comune a tutti gli esseri viventi. Hanno scoperto una miscela diversificata di microbi, inclusi gruppi noti per la loro capacità di produrre farmaci complessi, come i Bacillus e diversi tipi di actinomiceti, che sono batteri famosi per la produzione di antibiotici.

Per testare se questi batteri fossero utili, il team li ha coltivati in colture liquide ed ha estratto le sostanze chimiche che producevano. Ha poi esposto questi estratti a due diversi tipi di cellule tumorali umane in una capsula di Petri: una proveniente da un melanoma cutaneo e un'altra da un cancro al colon. I risultati sono stati promettenti. Diversi degli estratti batterici hanno bloccato la crescita delle cellule tumorali, con alcuni che hanno mostrato effetti particolarmente forti. Gli estratti più efficaci provenivano da batteri appartenenti ai gruppi Micromonospora e Salinispora. Questi ceppi specifici sono stati in grado di uccidere o arrestare la crescita delle cellule tumorali a concentrazioni molto basse, suggerendo che producessero armi chimiche potenti.

Tuttavia, sapere che un batterio uccide le cellule cancerose è solo il primo passo. I ricercatori dovevano capire quali sostanze chimiche fossero responsabili. Hanno utilizzato una tecnica sofisticata che separa e identifica le molecole in base al loro peso e alla loro struttura. Questo metodo ha permesso loro di creare una mappa delle sostanze chimiche presenti negli estratti. Hanno scoperto che alcuni degli estratti attivi contenevano famiglie note di composti, come staurosporine e rifamicine, che sono già note per avere proprietà antitumorali. Eppure, la scoperta più sorprendente è stata che la stragrande maggioranza dei segnali chimici rilevati non corrispondeva a nulla nei database esistenti. Circa il novantacinque per cento delle sostanze chimiche trovate era completamente sconosciuto alla scienza, rappresentando una diversità chimica nascosta che non era mai stata vista prima.

Per scavare più a fondo in questo mistero, il team ha selezionato uno dei batteri più attivi, un ceppo di Micromonospora, e ha sequenziato il suo intero codice genetico. Questa mappa genomica ha rivelato che il batterio possedeva venti distinti cluster di geni dedicati alla creazione di molecole complesse. Mentre alcuni di questi cluster genici corrispondevano a percorsi noti per la produzione di antibiotici o altri farmaci, molti altri apparivano del tutto nuovi. Il progetto genetico suggeriva che il batterio avesse la capacità di produrre una vasta gamma di composti, inclusi alcuni che non erano mai stati descritti. Ciò ha confermato che i batteri non stavano solo producendo le poche sostanze chimiche note che i ricercatori avevano individuato, ma stavano probabilmente sintetizzando una gamma molto più ampia di sostanze innovative.

Lo studio conclude che gli ascidi dell'Arcipelago di San Pietro e San Paolo, e i batteri che vivono con loro, sono una fonte ricca e in gran parte inesplorata di nuovi medicinali. Sebbene i ricercatori non abbiano isolato un singolo nuovo farmaco in questo specifico studio, hanno dimostrato che queste remote isole oceaniche ospitano comunità microbiche capaci di produrre una vasta gamma di sostanze chimiche uniche. Il lavoro evidenzia il valore del guardare oltre l'animale stesso verso i partner microscopici che vivono in esso. Combinando lo studio della genetica batterica con l'analisi della loro produzione chimica, gli scienziati possono navigare meglio nella "materia oscura" dell'oceano — i milioni di molecole sconosciute che aspettano di essere scoperte. Questo approccio offre una strada potente per trovare la prossima generazione di trattamenti per malattie come il cancro, radicati nella biodiversità degli ecosistemi più isolati del mondo.