Ricerca sui fagi: hackerati!
In evidenza: un fago gigante che uccide i germi dell'ospedale
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I batteriofagi, o in breve fagi, sono virus che infettano i batteri. L'uso terapeutico dei fagi potrebbe essere molto utile per combattere gli agenti patogeni resistenti agli antibiotici, ma le interazioni molecolari tra i fagi e i batteri ospiti non sono ancora sufficientemente comprese. Il gruppo di ricerca di Jörg Vogel dell'Istituto Helmholtz per la ricerca sulle infezioni basate sull'RNA (HIRI) e dell'Istituto di biologia molecolare delle infezioni (IMIB) di Würzburg è ora riuscito a interferire in modo specifico con la riproduzione dei fagi utilizzando uno strumento molecolare chiamato oligomeri antisenso (ASO). Secondo i ricercatori, questa innovativa tecnologia a RNA offre nuovi spunti di riflessione sul mondo molecolare dei fagi e dovrebbe favorire lo sviluppo di future applicazioni terapeutiche. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature.
Come gli esseri umani, anche i batteri devono affrontare i virus, noti come batteriofagi o, in breve, fagi. I fagi invadono i batteri, dirottano i loro macchinari cellulari, si moltiplicano e causano l'esplosione della cellula batterica. In questo modo si liberano nuovi fagi, che poi vanno a infettare altri batteri. I fagi sono innocui per l'uomo perché colpiscono solo i batteri. Sono anche piuttosto selettivi. La maggior parte dei fagi è specializzata nell'infettare batteri ospiti specifici, compresi i patogeni batterici.
"Attaccando e decimando gli agenti patogeni, i fagi proteggono la nostra salute come effetto collaterale - una sorta di operazione segreta, per così dire. Sfruttare il loro potenziale terapeutico, soprattutto in un contesto di crescente resistenza agli antibiotici, cambierebbe le carte in tavola", afferma Jörg Vogel, autore principale dello studio. Vogel è il direttore fondatore dell'Istituto Helmholtz per la ricerca sulle infezioni basate sull'RNA (HIRI) di Würzburg, una sede del Centro Helmholtz di Braunschweig per la ricerca sulle infezioni (HZI) in collaborazione con la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). Dirige inoltre l'Istituto di biologia molecolare delle infezioni (IMIB) presso la Facoltà di medicina della JMU.
Strumento molecolare introdotto - fago manipolato
"Per poter utilizzare i fagi a scopo terapeutico, dobbiamo comprendere molto meglio l'interazione molecolare tra i fagi e i batteri ospiti", afferma Milan Gerovac, primo autore dello studio. Gerovac è stato postdoc nel laboratorio di Vogel e ora dirige il gruppo di ricerca junior "Complexes in Phage-Infected Cells" presso l'HZI. "Non si sa molto al riguardo. Uno dei motivi è che i fagi proteggono il loro materiale genetico dai sistemi di difesa cellulare dei batteri con una sorta di scudo protettivo. Purtroppo, questo scudo è anche abbastanza efficace contro i comuni metodi di indagine molecolare".
Per decifrare il rapporto molecolare fago-ospite, è necessario un nuovo approccio, ed è esattamente quello che hanno fatto i ricercatori dell'HIRI nel loro studio attuale. Con un innovativo strumento molecolare a base di RNA, noto come oligomeri antisenso (ASO), sono riusciti a interferire in modo specifico con il ciclo di riproduzione dei fagi. "Gli ASO introdotti nella cellula batterica hanno spento la sintesi di specifiche proteine fagiche in un punto chiave", spiega Gerovac. "Siamo stati in grado di 'hackerare' la replicazione dei fagi con gli ASO, per così dire".
Gli ASO possono essere sintetizzati in laboratorio per legarsi con precisione a siti specifici dell'RNA messaggero (mRNA), che trasmette le informazioni dal genoma al macchinario di sintesi delle proteine. Gli ASO agiscono come un ostacolo al punto di partenza della produzione di proteine; l'mRNA non può più essere letto, quindi la sintesi proteica non inizia. Gli ASO antibatterici, noti anche come antibiotici programmabili o asobiotici, sono studiati da tempo nel laboratorio di Vogel. "Poiché gli ASO sono noti per inibire la sintesi proteica nei batteri, abbiamo sospettato che potessero farlo anche nei fagi. Questo perché i fagi si riproducono con l'aiuto dei macchinari cellulari del batterio ospite", spiega Vogel. "E avevamo assolutamente ragione!".
In evidenza: Un fago gigante che uccide i germi dell'ospedale
Utilizzando la tecnologia ASO, i ricercatori sono riusciti a impedire la propagazione dei fagi in diverse coppie fago-batterio, dimostrando che l'approccio è ampiamente applicabile. La ricerca si è concentrata su un fago jumbo chiamato ΦKZ che potrebbe potenzialmente trattare le pericolose infezioni di ferite, vie respiratorie e polmoni causate dal germe ospedaliero Pseudomonas aeruginosa. "I fagi jumbo hanno un genoma molto grande", spiega Gerovac. "Con l'aiuto degli ASO, siamo riusciti a disattivare sistematicamente la sintesi di un gran numero di proteine del fago. Utilizzando questo approccio di screening knock-down, abbiamo identificato proteine precedentemente sconosciute e centrali per la propagazione dei fagi".
I ricercatori sperano che la tecnologia ASO possa essere ampiamente utilizzata nella ricerca sui fagi per comprendere meglio i meccanismi molecolari fondamentali dei fagi e far progredire lo sviluppo di nuovi approcci terapeutici nella lotta contro gli agenti patogeni batterici.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Gerovac M, Buhlmann L, Zhu Y, Ðurica-Mitić S, Rech V, Carien S, Gräfenhan T, Popella L, Vogel J: Programmable antisense oligomers for phage functional genomics. Nature (2025).
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