Seguendo le tracce di un batterio estremamente adattivo
Le indagini sul genoma di Pseudomonas syringae rivelano prodotti naturali unici: nuove prospettive per la biotecnologia
Un recente studio condotto da un gruppo di ricerca interdisciplinare mostra come un batterio del suolo possa diventare una fonte di ispirazione nella ricerca di nuovi principi attivi. Le analisi genomiche del patogeno vegetale Pseudomonas syringae hanno fatto luce sulla sua diversità chimica. Due famiglie di prodotti naturali appena scoperte, le sirilipamidi e le secimidi, sono - in combinazione - particolarmente dannose per le amebe e le secimidi sono attive anche contro i funghi.
L'analisi del pangenoma dei ceppi di Pseudomonas syringae (al centro) ha permesso di trovare nuovi composti (all'esterno).
Copyright: Luo Yu, Leibniz-HKI
La diversità nel genoma riflette l'adattabilità
Il patogeno delle piante Pseudomonas syringae causa gravi danni in agricoltura. Tuttavia, produce anche un gran numero di prodotti naturali biologicamente attivi. Questi potrebbero aiutare il batterio ad adattarsi alle mutevoli condizioni ambientali e a spiazzare i concorrenti. In un'analisi genomica completa, i ricercatori hanno esaminato 18 ceppi rappresentativi della specie batterica e analizzato il loro potenziale genetico di produzione di prodotti naturali utilizzando metodi bioinformatici all'avanguardia.
Sono riusciti a identificare un totale di 231 cosiddetti cluster di geni biosintetici. Questi cluster genici contengono geni codificanti per enzimi responsabili della sintesi di prodotti naturali. I geni per le peptidi sintetasi nonribosomiali (NRPS) erano particolarmente abbondanti. Le NRPS producono prodotti naturali che, ad esempio, aiutano il batterio ad affermarsi contro i concorrenti e ad adattarsi all'ambiente.
Prodotti naturali con proprietà speciali
Attraverso una combinazione di analisi bioinformatiche, determinazione della struttura chimica e test di attività biologica, sono state identificate e caratterizzate due nuove famiglie di prodotti naturali: le sirilipamidi e le secimidi. Entrambi sono composti a basso peso molecolare prodotti da Pseudomonas syringae. Queste molecole mostrano una notevole tossicità nei confronti dei microrganismi concorrenti, in particolare contro i funghi e anche le amebe. Il loro effetto selettivo potrebbe essere utilizzato in futuro per la protezione delle piante o come punto di partenza per lo sviluppo di nuove sostanze bioattive.
L'enzima SecA amplia il repertorio chimico
"Abbiamo anche scoperto un enzima precedentemente sconosciuto: SecA", afferma Shuaibing Zhang, primo autore dello studio. "SecA aggiunge atomi di cloro a specifici composti organici, aumentando la complessità strutturale e l'attività dei composti risultanti", aggiunge Pierre Stallforth, responsabile del progetto. È professore all'Università di Jena e capo dipartimento presso il Leibniz-HKI. Questi prodotti naturali clorurati svolgono un ruolo importante nella ricerca farmaceutica e potrebbero essere utilizzati in futuro per lo sviluppo di nuovi antibiotici, terapie contro il cancro o prodotti fitosanitari.
Nuove prospettive per la biotecnologia
Grazie al loro effetto contro amebe e funghi, i prodotti naturali appena scoperti potrebbero essere interessanti sia per l'agricoltura che per la ricerca farmaceutica. Prima di tutto, però, il team era interessato alla funzione ecologica di queste molecole. Esse aiutano lo Pseudomonas syringae, un batterio versatile, patogeno delle piante e produttore di composti bioattivi, a difendersi dai predatori e dalla concorrenza e ad adattarsi alle nicchie del suo habitat naturale. La formazione di consorzi microbici in natura e la funzione dei prodotti naturali coinvolti contribuiscono alla comprensione delle complesse interazioni ecologiche nel nostro ambiente e sono l'obiettivo di ricerca del cluster di eccellenza di Jena "Balance of the Microverse". Al lavoro hanno partecipato scienziati dell'Istituto Leibniz per la ricerca sui prodotti naturali e la biologia delle infezioni - Istituto Hans Knöll (Leibniz-HKI) e dell'Università Friedrich Schiller di Jena.
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Pubblicazione originale
Shuaibing Zhang, Ying Huang, Raed Nachawati, Philipp Huber, Grit Walther, Lucas Gregor, Ivan Vilotijević, Pierre Stallforth; "Pangenome Analysis of the Plant Pathogen Pseudomonas syringae Reveals Unique Natural Products for Niche Adaptation"; Angewandte Chemie International Edition, Volume 64, 2025-5-2
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