La fabbrica di virus

Batteriofagi, questi (s)conosciuti

I batteriofagi sono virus che infettano esclusivamente i batteri che costituiscono i loro nemici naturali.

Grazie alla straordinaria specificità dell’ospite e alla loro attività antimicrobica i fagi hanno ispirato molte applicazioni diagnostiche e antibatteriche nell’industria, nell’agricoltura e nella medicina. I ricercatori e i medici sperano inoltre che i fagi possano essere progettati per combattere alcune infezioni batteriche. I batteriofagi vengono quindi considerati per varie applicazioni mediche e tecnologiche e sono utilizzati come strumenti diagnostici per il rilevamento rapido e sensibile di cellule batteriche vitali. I fagi virulenti (strettamente litici) sono particolarmente utili per il biocontrollo, mirando a potenziali agenti patogeni in agricoltura e nella produzione alimentare.

Antibiotici e terapia fagica

L’antibiotico-resistenza è tra i principali problemi di salute pubblica e, il nostro paese è tra quelli a più alto rischio. Per cercare di contenere e trattare queste infezioni resistenti i ricercatori stanno rivalutando i fagi come alternativa agli antibiotici e i primi studi sulla terapia fagica stanno mostrando risultati promettenti.

Nonostante sia relativamente facile e poco costoso produrre fagi il lavoro non è esente da sfide: a causa della grande specificità sono necessari cocktail di fagi (miscele) per coprire tutti i ceppi rilevanti di un agente patogeno e le normative per l’approvazione dei cocktail non sono chiare.
Inoltre, i fagi temperati (utilizzano sia ciclo litico che lisogeno) possono integrarsi nel genoma ospite senza indurre la lisi cellulare e questo può contribuire alla diffusione dell’antibiotico-resistenza per trasduzione o può aumentare la virulenza batterica attraverso la conversione lisogena.

Inoltre, le cellule bersaglio potrebbero avere diverse meccanismi di resistenza ai fagi, compresa la diversificazione dei recettori e/o formazione di biofilm; tali limitazioni possono essere potenzialmente superate mediante modifica personalizzata dei genomi dei fagi.

La nuova piattaforma tecnologica per la modifica dei genomi fagici

Un team di ricercatori guidato da Martin Loessner, professore di microbiologia alimentare all’ETH di Zurigo, ha appena presentato una nuova piattaforma tecnologica che consente consente agli scienziati di modificare sistematicamente i genomi dei fagi in modo da fornire loro ulteriori funzionalità per poi riattivarli in un “surrogato” batterico.

Questa tecnologia permette agli scienziati di creare quasi tutti i batteriofagi per scopi diversi, con una grande varietà di funzioni. “In precedenza era quasi impossibile modificare il genoma di un batteriofago“, afferma Loessner. “Inoltre, i metodi erano molto inefficienti e isolare fagi modificati era spesso come cercare un ago in un pagliaio”.

In passato abbiamo dovuto selezionare fagi con le caratteristiche desiderate tra milioni. Ora siamo in grado di creare questi virus da zero, testarli entro un termine ragionevole e, se necessario, modificarli di nuovo“, sottolinea Loessner.

Le potenzialità di questa tecnologia

I ricercatori affermano che, a differenza dell’editing basato su CRISPR e di altre strategie basate sulla ricombinazione, questa tecnologia offre libertà illimitata di progettazione e modifica del genoma, incluso riarrangiamenti importanti, fagi ibridi e persino genomi su misura.

Il metodo è completamente indipendente dalle efficienze di trasformazione e ricombinazione dell’organismo ospite e evita la clonazione di geni potenzialmente tossici per una cellula ospite intermedia.

Quindi, la piattaforma sintetica è ampiamente applicabile e non richiede alcun ceppo specializzato aggiuntivo per la costruzione di fagi ricombinanti. Questa tecnologia faciliterà modifiche che in precedenza erano state molto difficili o impossibili, come l’incorporazione di geni reporter per il rilevamento di agenti patogeni o la modifica delle proteine leganti il recettore.

Consentirà inoltre l’incorporazione e la produzione mediata da fagi di qualsiasi genoma desiderato, in tal modo si sarà in grado di fornire genomi terapeutici di una specifica popolazione di batteri all’interno di ambienti complessi, come il microbioma intestinale.

Ne siamo convinti l’approccio qui presentato contribuirà in modo sostanziale a una migliore comprensione della biologia di queste versatili unità autoreplicanti e aprirà la strada a nuove applicazioni basate sui fagi oltre il loro uso come biocontrollo e agenti di rilevamento”.

Sara Baldazzi

Fonti

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