Sergio Nuvoli

Cagliari, 30 novembre 2020 - Sono stati pubblicati qualche giorno fa sulla prestigiosa rivista Nature Communications i risultati di una ricerca frutto di una collaborazione internazionale fra il Dipartimento di Fisica dell’Università di Cagliari e gruppi di ricerca dell'Università di Birmingham (UK) e del King's College di Londra.

Il lavoro riguarda lo studio dei meccanismi di resistenza dei batteri ad un numero sempre crescente di antibiotici (fenomeno noto come multi-resistenza, e ritenuto dall’Organizzazione Mondiale della Sanità come possibile causa di oltre 10 milioni di morti all’anno entro il 2050). In particolare, i sistemi di efflusso batterici oggetto dell’indagine sono tra i principali responsabili di tale fenomeno: essi sono dei veri e propri “cannoni molecolari”, aggregati di proteine utilizzati dai batteri per espellere al loro esterno molti, se non tutti, gli antibiotici a nostra disposizione. Attraverso una complessa rete di movimenti queste proteine rendono inefficaci le uniche armi del nostro arsenale, che non possono così raggiungere il proprio bersaglio nuocendo ai batteri.

Nel Dipartimento di Fisica dell’Ateneo cagliaritano la ricerca ha coinvolto la ricercatrice Chiara Fais, nell'ambito del suo dottorato di ricerca in Fisica, e i docenti Giuliano Malloci, Paolo Ruggerone e Attilio Vargiu.

Tra le diverse strade battute per combattere la multi-resistenza, vi è l’inibizione dei sistemi di efflusso. Questa consiste nel tentativo di bloccare l’attività biologica di tali proteine e consentire agli antibiotici di accumularsi all’interno dei batteri, bloccandone la replicazione o addirittura uccidendoli. Sebbene siano stati proposti diversi inibitori, non è ancora chiaro in che modo agiscano queste molecole, né se il meccanismo di azione sia generale o diverso a seconda del composto. “Alcuni gruppi di ricerca, tra cui il nostro – spiegano gli studiosi del Dipartimento cagliaritano - hanno proposto che gli inibitori blocchino i movimenti del sistema di efflusso necessari ad espellere gli antibiotici, ma finora tale ipotesi non era stata dimostrata. In questo lavoro, abbiamo studiato il meccanismo d’azione di uno tra i più potenti inibitori dei sistemi di efflusso. L’indagine è stata condotta combinando esperimenti in grado di misurare la rigidità del sistema di efflusso, effettuati dai nostri collaboratori, con simulazioni computazionali condotte dal nostro gruppo, capaci di spiegare nei dettagli molecolari come l’inibitore potesse causare un eventuale irrigidimento della proteina di efflusso”.

Sulla base dei dati ottenuti si è potuto confermare che l’inibitore causa un notevole irrigidimento del sistema di efflusso, come conseguenza del modo particolare in cui i due interagiscono. In altre parole, ostacolando una precisa sequenza di movimenti del sistema di efflusso, necessari ad espellere gli antibiotici dal batterio, l’inibitore ne impedisce il corretto funzionamento.

La combinazione di esperimenti e simulazioni molecolari adottata in questo lavoro potrà essere applicata sistematicamente ad altri inibitori per capire se questi abbiano un effetto sulla mobilità dei sistemi di efflusso simile a quello del composto studiato. Una maggiore conoscenza in questo campo di ricerca potrà agevolare lo sviluppo di nuovi farmaci di contrasto al pressante problema sanitario ed economico della resistenza batterica agli antibiotici.

Nature Communications è una rivista scientifica peer-reviewed, ad accesso aperto, pubblicata da Nature Research dal 2010. Con un’impostazione multidisciplinare, copre le scienze naturali, tra cui fisica, chimica, scienze della terra, medicina e biologia.