Università degli Studi di Cagliari
Ivo Cabiddu
Due articoli pubblicati su “Nature Communications” e uno sull'ugualmente prestigiosa rivista “Computational and Structural Biotechnology Journal”.
I risultati degli studi pubblicati sono stati ottenuti nei laboratori nel Dipartimento di Fisica del nostro ateneo. Artefici: Attilio Vargiu, Giuliano Malloci e il professor Paolo Ruggerone - ordinario di Fisica applicata e attuale presidente della facoltà di Scienze - insieme ai dottori Pierpaolo Cacciotto (già studente di dottorato), Andrea Basciu e Francesco Oliva, con il supporto tecnico dei dottori Giovanni Serra e Andrea Bosin.
I tre lavori riguardano lo studio dei meccanismi di resistenza dei batteri ad un numero sempre crescente di antibiotici, fenomeno noto come "multi-resistenza"
Secondo le stime dell’OMS, i fenomeni di resistenza batterica hanno causato1.2 milioni di vittime nel 2021. Di questo passo i decessi annuali potrebbero arrivare a 10 milioni entro il 2050. I sistemi di efflusso oggetto dell’indagine sono tra i principali responsabili del fenomeno della multi-resistenza: essi sono dei veri e propri “cannoni molecolari” che i batteri utilizzano per espellere al loro esterno gli antibiotici a disposizione nel nostro arsenale.
Structural and functional analysis of the promiscuous AcrB and AdeB efflux pumps suggests different drug binding mechanisms
NATURE COMMUNICATIONS. Il primo studio (LINK) – a firma di Alina Ornik-Cha, Julia Wilhelm, Jessica Kobylka, Hanno Sjuts, Attilio Vittorio Vargiu, Giuliano Malloci, Julian Reitz, Anja Seybert, Achilleas S. Frangakis & Klaas M. Pos - riguarda la caratterizzazione delle differenze a livello molecolare fra due fra i più importanti sistemi di efflusso nei batteri “Escherichia coli” e “Acinetobacter baumannii”, quest’ultimo inserito nella lista Eskape dei patogeni più pericolosi per la salute umana e in quanto tali oggetto di numerosi studi.
"Tale caratterizzazione, avvenuta anche tramite i nostri studi computazionali, è importante nella ricerca di molecole che riescano a bloccare le proteine di efflusso (inibitori). Inibire i sistemi di efflusso consentirebbe agli antibiotici di raggiungere concentrazioni letali all’interno dei batteri, bloccandone la replicazione o addirittura uccidendoli. Il nostro studio ha contribuito ad identificare quale conformazione debba assumere il sistema di efflusso al fine di poter 'sequestrare' le molecole all’interno del batterio, primo passo nel processo di espulsione".
Molecular rationale for the impairment of the MexAB-OprM efflux pump by a single mutation in MexA
COMPUTATIONAL AND STRUCTURAL BIOTECHNOLOGY JOURNAL. Il secondo articolo (LINK) – firmato da Pierpaolo Cacciotto, Andrea Basciu, Francesco Oliva, Giuliano Malloci, Martin Zacharias, Paolo Ruggerone e Attilio Vittorio Vargiu – ha permesso di scoprire il meccanismo che sta alla base del malfunzionamento del principale sistema di efflusso nel batterio patogeno “Pseudomonas aeruginosa” (anch’esso inserito nella lista ESKAPE) in seguito alla mutazione di uno specifico aminoacido.
"Le nostre simulazioni rivelano come tale mutazione, alterando in maniera drastica la struttura e la dinamica della suddetta proteina, impedisca l’assemblaggio di un sistema di efflusso capace di compiere la propria funzione biologica. Anche le informazioni estratte da questo lavoro sono importanti in un’ottica di sviluppo di inibitori di questi sistemi di difesa dei batteri, non solo per la specifica proteina studiata nel lavoro, ma per tutte le proteine omologhe in altri batteri".
Pyridylpiperazine-based allosteric inhibitors of RND-type multidrug efflux pumps
NATURE COMMUNICATIONS. L’ultimo dei tre lavori (LINK) è frutto degli studi di un folto team internazionale, formato dagli scienziati: Coline Plé, Heng-Keat Tam, Anais Vieira Da Cruz, Nina Compagne, Juan-Carlos Jiménez-Castellanos, Reinke T. Müller, Elizabeth Pradel, Wuen Ee Foong, Giuliano Malloci, Alexia Ballée, Moritz A. Kirchner, Parisa Moshfegh, Adrien Herledan, Andrea Herrmann, Benoit Deprez, Nicolas Willand, Attilio Vittorio Vargiu, Klaas M. Pos, Marion Flipo & Ruben C. Hartkoorn.
“Lo studio contribuisce a comprendere un nuovo meccanismo di inibizione dei sistemi di efflusso da parte di una classe di molecole finora inesplorata. Grazie alle nostre simulazioni, abbiamo potuto seguire virtualmente il percorso che porta queste molecole dal diffondere in una soluzione acquosa al formare un legame stabile con la proteina, causa dell’inibizione del sistema di efflusso” – a spiegarlo sono appunto Attilio Vargiu, Giuliano Malloci e Paolo Ruggerone – “Le collaborazioni internazionali che hanno portato a questi risultati, tutt’ora attive, evidenziano la necessità di una comprensione molecolare dei meccanismi di resistenza batterica, che è possibile ottenere tramite tecniche computazionali utilizzate e sviluppate nel nostro gruppo di ricerca. Tali informazioni possono contribuire in maniera rilevante allo sviluppo di nuove e più efficaci strategie terapeutiche per la cura non solo delle malattie infettive (inclusi i virus), ma anche di malattie neurodegenerative e cardiovascolari, e dei tumori, per citare alcuni esempi”.
Contatti per informazioni e approfondimenti
Attilio Vittorio Vargiu
Ricercatore a tempo determinato di Fisica applicata
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Università di Cagliari – Dipartimento di Fisica
09042 Cittadella universitaria - Monserrato
e-mail: attilio.vargiu@dsf.unica.it
Tel: 070/675-4911
Giuliano Malloci
Ricercatore a tempo determinato di Fisica della materia
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Università di Cagliari - Dipartimento di Fisica
Cittadella Universitaria di Monserrato
S.P. Monserrato-Sestu Km 0,700 I-09042 Monserrato (CA)
e-mail: giuliano.malloci@dsf.unica.it
Tel: 070/675-6843
Paolo Ruggerone
Professore ordinario di Fisica applicata
Università di Cagliari – Dipartimento di Fisica
09042 Cittadella universitaria - Monserrato
https://www.unica.it/unica/page/it/paolo_ruggerone
e-mail: paolo.ruggerone@dsf.unica.it
Tel: 070/675-4922