I batteriofagi, virus che infettano i batteri, stanno guadagnando rinnovata attenzione come potenziale arma contro le infezioni resistenti agli antibiotici. Ma queste minuscole entità, cruciali per combattere i batteri in campi che vanno dalla medicina all’agricoltura, sono notoriamente complesse. Le loro strutture complesse e le abitudini di crescita hanno finora ostacolato il progresso scientifico. Un nuovo studio pubblicato su Science Advances da ricercatori dell’Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) e dell’Università di Otago fornisce un livello di dettaglio rivoluzionario su uno di questi fagi, Bas63, aprendo le porte a una progettazione razionale e inaugurando una nuova era di terapie e applicazioni basate sui fagi.
La sfida dello studio dei batteriofagi
I batteriofagi sono incredibilmente abbondanti sulla Terra e furono scoperti per la prima volta più di un secolo fa. I primi pionieri ne videro il potenziale come killer naturali dei batteri, ma l’ascesa degli antibiotici ha oscurato questa strada promettente. Ora, con la resistenza agli antibiotici che sta diventando una crisi sanitaria globale, l’interesse per i fagi è aumentato. Tuttavia, la progettazione di terapie fagiche efficaci deve affrontare ostacoli significativi.
Comprendere la struttura e la funzione di questi virus a livello molecolare è fondamentale per manipolarli in modo efficace. I batteriofagi sono complessi, spesso con strutture diverse e modi unici di interagire con i loro ospiti batterici. Questa complessità rende difficile studiarli in modo completo, ostacolando lo sviluppo di trattamenti mirati basati sui fagi.
Un fago come nessun altro: Bas63 è al centro della scena
Per affrontare questa sfida, il gruppo di ricerca si è concentrato su Bas63, un batteriofago selezionato dalla collezione BASEL, un archivio che ospita dati genetici e fenotipici per oltre 100 fagi noti per infettare E. coli. Bas63 si è distinto per la sua struttura insolitamente intricata, visibile anche attraverso la microscopia di base. Questa architettura unica lo ha reso un candidato ideale per un’analisi strutturale approfondita utilizzando una tecnologia all’avanguardia.
Cryo-EM: una finestra sul mondo microscopico
I ricercatori hanno utilizzato la microscopia crioelettronica (crio-EM), una potente tecnica che consente agli scienziati di visualizzare le molecole con dettagli quasi atomici congelandole istantaneamente e catturando le loro immagini con un fascio di elettroni. Hanno utilizzato una nuova tecnica di “panning” all’interno della crio-EM, essenzialmente riducendo la struttura dei fagi passo dopo passo e perfezionando la ricostruzione in ogni fase.
La combinazione di queste informazioni strutturali ad alta risoluzione con i dati genetici (sequenze di amminoacidi) ha fornito loro una visione senza precedenti dell’architettura di Bas63. Ciò ha permesso loro di identificare e mappare ogni proteina importante in notevole dettaglio. I risultati hanno rivelato caratteristiche affascinanti, come proteine uniche che decorano il capside del fago (il guscio proteico che racchiude il suo materiale genetico) e una rara struttura di baffi e collare che collega la testa alla coda, elementi non comunemente osservati in altri fagi di questo tipo.
Oltre la medicina: un fago per ogni scopo?
La mappa dettagliata di Bas63 apre interessanti possibilità oltre al trattamento delle infezioni batteriche. L’identificazione di regioni specifiche all’interno del fago che si legano ai batteri potrebbe consentire agli scienziati di progettare i fagi con maggiore precisione di targeting, garantendo che attacchino solo i batteri dannosi lasciando incolumi quelli benefici.
Inoltre, i ricercatori sottolineano che le applicazioni vanno ben oltre la medicina:
- Agricoltura: Controllo degli agenti patogeni delle piante e aumento dei raccolti
- Acquacoltura: Lotta alle malattie batteriche nei pesci e nei molluschi d’allevamento
- Biotecnologia: utilizzo dei fagi per il biorisanamento (ripulimento dell’inquinamento) o processi industriali come la produzione alimentare e il trattamento delle acque reflue
Un progetto per il futuro
Il professor Matthias Wolf, leader dell’Unità di microscopia crioelettronica molecolare dell’OIST, sottolinea le implicazioni più ampie: “Fornendo questo livello di comprensione strutturale e comprensione biologica, possiamo consentire una progettazione razionale dei fagi e trasformare il modo in cui vengono trattate le malattie”.
Il progetto dettagliato di Bas63 fornisce ai ricercatori un potente strumento per adattare i fagi a esigenze specifiche, inaugurando un’era di terapie fagiche personalizzate e applicazioni innovative in diversi settori. I risultati mostrano il potenziale di trasformazione di un’analisi strutturale meticolosa, aprendo la strada per sbloccare l’arsenale microscopico della natura a beneficio dell’umanità e non solo.
