Pseudomonas putida: dalla bioremediation alla lotta al tabagismo

Una nuova speranza per chi vuole smettere di fumare: uno studio dello Scripps Research Institute in California ha identificato un enzima, naturalmente presente nel batterio Pseudomonas putida, che potrebbe essere utilizzato come principio attivo di un farmaco capace di combattere efficacemente la dipendenza da nicotina nei tabagisti.

Pseudomonas putida (Fig.1) è un microrganismo procariote, gram negativo, ben conosciuto da chi si occupa di biotecnologie: è infatti naturalmente dotato di numerosi enzimi capaci di degradare efficacemente sostanze organiche anche molto diverse tra loro, alcune delle quali sono noti inquinanti ambientali; è quindi considerato un organismo di riferimento negli studi di biorisanamento ambientale (la cosiddetta:”Bioremediation”).

(Fig.1) Pseudomonas putida vista al microscopio ottico; questo microrganismo è dotato di flagelli ed è capace di degradare numerosi solventi organici inquinanti. Una ricerca della University College di Dublino ha in particolare identificato la sua capacità di metabolizzare lo stirene (componente del polistirolo) a toluene.

Ma P. putida potrebbe rappresentare in un futuro non troppo lontano anche una speranza per tutti coloro che vogliono smettere di fumare: un gruppo di ricerca dello Scripps Research Institute in California, guidato dal Professor Kim Janda, ha infatti pubblicato recentemente sulla rivista Journal of the American Chemical Society i risultati di uno studio che ha permesso d’identificare e caratterizzare un particolare enzima di P. putida, NicA2.

NicA2 si è dimostrato capace di catalizzare una reazione chimica in cui la nicotina, la principale responsabile dell’instaurarsi della dipendenza da fumo nei tabagisti, è degradata tramite ossidazione a N-methyl- myosmine, una molecola che non ha gli stessi effetti.

Gli scienziati del team del Professor Janda hanno quindi ipotizzato un utilizzo di questo enzima come principio attivo di un vero e proprio futuro farmaco che permetta di degradare la nicotina presente nel sangue dei fumatori: la nicotina infatti è metabolizzata lentamente dal corpo umano, tende ad restare a lungo nel sangue in circolo e quando raggiunge il sistema nervoso centrale instaura il suo noto effetto psicotropo responsabile della dipendenza.

La somministrazione di NicA2 potrebbe perciò abbassare in tempi molto più rapidi la concentrazione ematica di nicotina circolante, diminuendo cosi’ non solo i sintomi d’astinenza da fumo ma combattendo anche direttamente il meccanismo stesso che crea la dipendenza.

Per testare quest’ipotesi, Kim Janda ed i suoi colleghi hanno effettuato una serie di test in vitro (su colture cellulari) che ha dato risultati promettenti; quando tuttavia essi sono passati ai test in vivo su cavie animali, in particolare su ratti precedentemente resi dipendenti da nicotina, si sono resi conto che l’enzima purtroppo veniva metabolizzato ed eliminato rapidamente dai reni prima che potesse espletare il suo effetto.

Era quindi necessario aumentare l’emivita (cioè il tempo necessario perchè la concentrazione di una sostanza nel sangue si riduca della metà) di NicA2.

Esistono numerose metodiche ben documentate in letteratura da tempo per raggiungere un simile scopo; il team del Professor Jandra si è in particolare concentrato sull’evidenza che i farmaci che tendono a legano le proteine plasmatiche hanno un’emivita ( e quindi un tempo di permanenza nel sangue ad una concentrazione utile perchè siano terapeuticamente efficaci) maggiore.

Studiando approfonditamente la struttura dell’enzima di P. putida essi hanno scoperto che i primi 52 amminoacidi circa che lo compongono non sono coinvolti nella sua attività catalitica: gli scienziati li hanno quindi rimossi ed hanno poi fuso il resto dell’enzima con l’albumina, una proteina componente naturale del plasma umano; in questo modo hanno ottenuto l’aumento dell’emivita di NicA2 desiderato (Fg.2).

(Fig.2) Rappresentazione della molecola finale ottenuta dal team di Jandra: l’ enzima NicA2 è fuso con un dominio di legame all’albumina.

Hanno quindi ripetuto i test in vivo, riscontrando questa volta risultati migliori e particolarmente incoraggianti: a distanza di 24 e 48 ore dall’ultima dose di nicotina infatti i ratti dipendenti trattati con NicA2 mostravano sintomi d’astinenza (quali irritabilità, battito dei denti e tremori diffusi) sensibilmente minori rispetto ai ratti che non avevano subito il trattamento.

Questo studio apra la possibilità di un approccio terapeutico farmacologico migliore, rispetto a quelli ad oggi disponibili (per lo più cerotti transdermici, spray inalatori o chewing gum a basse concentrazioni di nicotina), per aiutare efficacemente a smettere di fumare chi ne ha intenzione.

La strada da percorrere prima di arrivare al farmaco da banco finale è però ancora lunga: occorrerà infatti condurre ulteriori test che valutino in particolare la risposta immunologica umana; NicA2 è infatti una proteina di origine microbica e la sua somministrazione può potenzialmente indurre una risposta da parte del sistema immunitario che porterebbe alla produzione di anticorpi neutralizzanti contro NicA2.

Tuttavia questo problema può essere risolto grazie alle moderne biotecnologie, che permettono di rimaneggiare la struttura di una proteina togliendone o sostituendone opportunatamente gli epitopi (cioè le porzioni capaci d’indurre risposta immunogenica), come è stato fatto ad esempio in passato nel caso degli anticorpi monoclonali prodotti per via murina ed attualmente utilizzati con successo e relativa sicurezza in clinica per il trattamento di numerose e diverse patologie (basti pensare a Trastuzumab, terapia d’elezione per il carcinoma mammario HER2 positivo)

Il Professor Janda è convinto che, grazie a questa scoperta, i prodotti biologici in futuro avranno un ruolo sempre più di primo piano nel trattamento dei disturbi dovuti alle sostanze d’abuso che creano dipendenza; ha inoltre esplicitamente dichiarato che condurrà le successive ricerche per condurre questo traguardo:”Il nostro scopo è quello di ottimizzare il sistema di NicA2 per migliorarne ulteriormente la sua stabilità in vivo e rimuovere potenziali parti che potrebbero causare una risposta immunitaria da parte del corpo”.

Il mondo dei microrganismi e delle sostanze prodotte dal loro variegato metabolismo continua ad essere una fonte di stupore e di sorprese inaspettate per chi si occupa di Microbiologia e non solo; le ricadute degli studi e delle ricerche condotte in quest’ambito hanno sempre più un impatto tangibile sulla nostra quotidianità ed a volte gli orizzonti che esse schiudono sono più ampi di quanto potrebbe sembrare ad una prima occhiata, come P. putida c’insegna.

Crediti per le immagini

Immagine in evidenza:

https://www.starbene.it/salute/problemi-soluzioni/un-batterio-per-dire-stop-al-fumo/

Immagine di Pseudomonas putida (Fig.1):

http://www.ecoavant.com/es/notices/2015/09/plastico-para-comer-2430.php

Immagine dell’enzima NicA2 fuso con albumina umana (Fig.2):

Nicotina vs Enzima: come smettere di fumare

Ulteriori approfondimenti

Sulla pagina personale del Professor Janda è possibile trovare la lista delle sue pubblicazioni e dei risultati delle sue ricerche:

https://www.scripps.edu/faculty/janda/

Per un’approfondimento sugli effetti del fumo di sigaretta sul microbiota della bocca e del cavo orale in modo particolare:

http://www.ansamed.info/saluteebenessere/notizie/rubriche/stilidivita/2016/03/30/fumo-altera-mix-batteri-bocca-ma-smettendo-torna-equilibrio_17f1396e-a83e-4554-bd7c-545725e546db.html

Laureando in Biotecnologie Farmaceutiche presso l’Università degli studi di Milano; appassionato di Microbiologia, Farmacologia e Biologia in generale.
Amo la musica (specie l’Epic Metal ma spazio volentieri anche in altri generi), sono un accanito lettore di romanzi Fantasy, un discreto cuoco (a quanto dicono..!) e mi piace fare lunghi giri in bicicletta per le campagne del mio paese.

Informazioni su Simone Rinaldi 11 Articoli
Laureando in Biotecnologie Farmaceutiche presso l'Università degli studi di Milano; appassionato di Microbiologia, Farmacologia e Biologia in generale. Amo la musica (specie l'Epic Metal ma spazio volentieri anche in altri generi), sono un accanito lettore di romanzi Fantasy, un discreto cuoco (a quanto dicono..!) e mi piace fare lunghi giri in bicicletta per le campagne del mio paese.

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