La robotica incontra la genetica: unire le forze per esplorare il Fusarium
La robotica incontra la genetica: unire le forze per esplorare il Fusarium
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Sono sia patogeni temuti sia una promettente fonte di nuovi farmaci i funghi del genere Fusarium. Diffusi in tutto il mondo, possono causare infezioni potenzialmente letali. Allo stesso tempo, producono un'ampia varietà di prodotti naturali, offrendo una fonte largamente non sfruttata di nuovi antinfettivi. Il nuovo progetto di ricerca FUSION del Leibniz-HKI affronta questa duplice sfida combinando la ricerca genetica sui funghi con la scoperta di farmaci assistita da robot. Per il progetto, i due gruppi di ricerca junior guidati da Slavica Janevska e Luzia Gyr stanno unendo le loro competenze per sviluppare nuove strategie contro le specie patogene di Fusarium e per sbloccare il potenziale di questi funghi per la scoperta di nuovi composti.
I funghi filamentosi del genere Fusarium appartengono al raro gruppo dei cosiddetti patogeni trans-regno: possono infettare piante, animali ed esseri umani. Rappresentano un rischio significativo soprattutto per i pazienti immunocompromessi, ma possono anche causare infezioni della superficie corporea in individui altrimenti sani. L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ha pertanto classificato le specie di Fusarium come patogeni particolarmente problematici.
"Le infezioni fungine sono in aumento in tutto il mondo, eppure non ci sono praticamente nuovi farmaci in fase di sviluppo", spiega la dottoressa Luzia Gyr, che dirige il gruppo di ricerca junior Robotic-assisted Discovery of Antiinfectives. "Questo rende ancora più importante scoprire nuove molecole bioattive e gettare le basi per future terapie". Nel caso dei Fusarium, la loro pronunciata resilienza naturale complica ulteriormente il trattamento. "Sono resistenti a molti farmaci antimicotici comunemente usati", aggiunge la dottoressa Slavica Janevska, responsabile del gruppo di ricerca junior (Epi-)Genetic Regulation of Fungal Virulence. "C'è un urgente bisogno di nuovi farmaci".
Entrambi i ricercatori dirigono con successo gruppi di ricerca junior indipendenti. Grazie a FUSION, stanno ora unendo due approcci scientifici complementari per scoprire nuovi agenti antimicotici - mirati al Fusarium, ma anche a quelli derivati dal Fusarium.
Rintracciare insieme nuovi composti
Il gruppo di Gyr sviluppa metodi automatizzati per testare sistematicamente l'attività di prodotti naturali e molecole sintetiche contro le infezioni fungine, compresi i composti spesso trascurati dai metodi convenzionali. Al centro di questo lavoro c'è la piattaforma robotica JenXplor, che consente esperimenti di screening ad alta produttività. "Con la nostra piattaforma possiamo testare migliaia di composti in condizioni diverse. Inoltre, implementiamo nuovi approcci sperimentali che non sono realizzabili nei laboratori tradizionali", spiega Gyr. Aggiunge: "Per raggiungere questo obiettivo, sviluppiamo sistemi di test e combiniamo esperimenti automatizzati con un'analisi completa dei dati per identificare potenziali candidati farmaci in una fase iniziale".
Nell'ambito di FUSION, il suo team ha integrato per la prima volta nella piattaforma automatizzata funghi filamentosi patogeni per l'uomo. La loro crescita filamentosa e la formazione di spore pongono sfide particolari al sistema, ma potrebbero essere superate adattando le procedure. I ricercatori si avvalgono anche dell'ampia biblioteca di prodotti naturali del Leibniz-HKI. "Intendiamo testare sistematicamente questa collezione contro il Fusarium", afferma Gyr. "È possibile che contenga già composti efficaci contro questi funghi".
Janevska e il suo team studiano le basi genetiche della virulenza del Fusarium e la biosintesi dei suoi prodotti naturali. Utilizzando i dati genomici, identificano i cosiddetti cluster di geni biosintetici: i progetti genetici responsabili della produzione di molecole specifiche. "Ora sappiamo che molti di questi gruppi di geni non sono affatto attivi nelle condizioni standard di laboratorio", spiega Janevska. "Modificando in modo specifico le condizioni di crescita o la co-coltivazione con altri microrganismi, miriamo ad attivare queste vie metaboliche 'silenziose' e quindi a rivelare nuovi prodotti naturali".
Fusarium come tesoro
Per quanto pericolosi possano essere i funghi Fusarium, sembrano anche molto promettenti come fonte di nuovi composti attivi. Numerose specie producono un'ampia gamma di cosiddetti metaboliti secondari - composti chimici che, in natura, svolgono funzioni come la comunicazione o la difesa da microrganismi concorrenti. "Queste molecole possono rappresentare un valido punto di partenza per nuovi farmaci", spiega Janevska. "Tuttavia, questo potenziale è ben lungi dall'essere pienamente esplorato".
Combinando analisi genetiche, competenze microbiologiche e chimiche e approcci di screening automatizzati, FUSION apre nuove possibilità in questo settore. Ad esempio, è possibile confrontare sistematicamente diverse condizioni di coltivazione o esaminare nuovi isolati fungini, ad esempio dalla regione della Turingia.
La chiave è l'interdisciplinarità
Entrambi i leader del gruppo concordano sul fatto che le sfide scientifiche relative al Fusarium possono essere affrontate solo congiuntamente. "Il progetto è altamente interdisciplinare", afferma Gyr. "I nostri gruppi portano in tavola prospettive diverse che si completano perfettamente". Anche Janevska vede un grande potenziale nella collaborazione: "Possiamo imparare molto gli uni dagli altri. L'unione delle nostre competenze ci apre nuove strade, sia per comprendere meglio la biologia delle specie di Fusarium che per sviluppare nuove strategie di lotta. È anche prezioso avere uno sparring partner all'altezza degli occhi quando si tratta di sviluppare le nostre carriere accademiche".
A lungo termine, i ricercatori mirano non solo a identificare nuovi composti attivi, ma anche a stabilire processi che possano essere applicati ad altri microrganismi. "Nel migliore dei casi, scopriremo una molecola con una modalità d'azione completamente nuova contro il Fusarium", afferma Gyr. "Ma anche se un composto non è adatto alla medicina umana, potrebbe, ad esempio, essere utilizzato nella protezione delle piante".
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.
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