Il rapido aumento del numero di batteri resistenti agli antibiotici, che porta a un calo dei trattamenti efficaci per contrastare molte infezioni, è una minaccia importante per la salute pubblica. Una recente analisi del microbiota intestinale di circa 2.000 individui ha consentito di identificare decine di potenziali nuovi antibiotici.
I risultati, pubblicati su Cell, evidenziano dunque la possibilità di utilizzare il microbiota intestinale umano come fonte di nuovi composti antimicrobici.
«Uno dei nostri obiettivi principali è quello di utilizzare organismi come fonte di antibiotici e altre molecole utili per l’uomo», afferma l’autore senior dello studio Cesar de la Fuente-Nunez della University of Pennsylvania, a Philadelphia. «Piuttosto che affidarci a metodi tradizionali e laboriosi che prevedono la raccolta di campioni di terreno o acqua e la purificazione di composti attivi, è possibile sfruttare la vasta gamma di dati biologici presenti nei genomi, nei metagenomi e nei proteomi».
I peptidi antimicrobici, brevi catene di aminoacidi note per il loro potenziale utilizzo come antibiotici, sembrano essere efficaci nella lotta contro i batteri resistenti agli antibiotici grazie alla loro attività ad ampio spettro e ai bassi tassi di resistenza. Tuttavia, individuare nuovi peptidi antimicrobici si è rivelato impegnativo, poiché questa ricerca si basa principalmente sullo screening di organismi naturali.
Cesar De la Fuente e i suoi collaboratori hanno quindi ipotizzato che ambienti competitivi, come l’intestino umano, potessero ospitare composti antimicrobici ancora da scoprire.
Per identificare sequenze geniche con possibili proprietà antimicrobiche, i ricercatori hanno utilizzato algoritmi di intelligenza artificiale addestrati su antibiotici già esistenti per analizzare il materiale genetico ottenuto dal microbiota intestinale di quasi 2.000 persone.
AI e microbiota intestinale
Analizzando oltre 400.000 proteine, i ricercatori hanno identificato le sequenze geniche che potrebbero avere proprietà antimicrobiche e hanno quindi sintetizzato 78 piccoli peptidi antimicrobici, per poi testarli contro 11 agenti patogeni e 13 comuni batteri intestinali.
Oltre il 30% dei peptidi antimicrobici ha ucciso almeno un agente patogeno, ma nessuno è risultato efficace contro Staphylococcus aureus. Inoltre, circa la metà dei peptidi ha mostrato attività antimicrobica contro almeno un commensale intestinale e la maggior parte ha mostrato attività antimicrobica contro patogeni o commensali.
Prevotellina-2, un peptide antimicrobico che sembra essere codificato da Prevotella copri, ha mostrato attività antimicrobica contro Acinetobacter baumannii e contro un ceppo diverso di P. copri. I ricercatori hanno scoperto inoltre che prevotellina-2 è efficace quanto la polimixina B, un antibiotico usato per trattare le infezioni multifarmaco-resistenti.
Prospettive future
L’analisi ha rivelato che i peptidi identificati hanno una composizione diversa rispetto a quella tipica degli antimicrobici. «Le molecole identificate rappresentano una nuova classe di antimicrobici e le loro proprietà uniche ci aiuteranno a comprendere e a espandere lo spettro di sequenze degli antimicrobici», afferma l’autore principale dello studio Marcelo Torres.
I ricercatori hanno poi eseguito alcuni esperimenti per capire come questi peptidi uccidono i microbi: dai dati ottenuti è emerso che i peptidi antimicrobici generalmente non danneggiano la membrana esterna dei batteri tanto quanto gli antibiotici tradizionali, ma quella interna, che è fondamentale per la sopravvivenza.
Inoltre, è stato osservato che la maggior parte dei peptidi antimicrobici non sono tossici per le cellule intestinali umane, ma alcuni sono risultati dannosi per le cellule della pelle.
Conclusioni
I risultati sottolineano l’importanza di scegliere attentamente i peptidi antimicrobici da utilizzare per evitare effetti collaterali. «Estrarre dal microbioma umano nuove classi di peptidi antimicrobici rappresenta una nuova e promettente strategia per ricercatori e medici, e soprattutto per i pazienti».
