Gastrite, ulcera, tumore gastrico e linfoma. Sono queste le conseguenze più importanti dell’infezione di Helicobacter pylori, un batterio patogeno che si annida nello stomaco umano fin dalla prima infanzia e che spesso persiste per tutta la vita (ne soffriva anche Oetzi 5300 anni fa). Sebbene frequentemente asintomatica, in un caso su cinque l’infezione progredisce, danneggiando significativamente la mucosa gastrica con una lesione cronica delle pareti dello stomaco. La stretta correlazione tra la presenza di Helicobacter pylori e cancro gastrico ha fatto annoverare questo patogeno, unico tra i batteri, tra gli agenti carcinogeni di classe I dalla Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro (Iarc). Data la sua grandissima diffusione – si stima che una persona su due sia infetta da H. pylori – l’Organizzazione Mondiale della Sanità (Oms) raccomanda programmi di screening ed eradicazione di massa per la prevenzione oncologica. Questa esigenza si scontra però con il problema, sempre più urgente, della resistenza agli antibiotici: H. pylori è infatti già resistente alla terapia standard, che prevede la combinazione di tre diversi antibiotici, nel 20 % dei casi. La ricerca di nuovi farmaci antibatterici è quindi una priorità riconosciuta anche dall’Oms, che lo scorso anno ha inserito Helicobacter pylori tra i dodici patogeni per cui è urgente trovare nuove cure.
L’ureasi di Helicobacter pylori come target per nuovi antibiotici
Il primo passo nello sviluppo di un farmaco antibatterico è l’individuazione di un bersaglio molecolare, cioè di una biomolecola, di solito una proteina, la cui attività è responsabile di un processo vitale per il batterio. Si cercano poi farmaci che, interagendo selettivamente con la proteina identificata, siano in grado di interferire con la sua funzione, compromettendo di conseguenza la sopravvivenza del patogeno. Nel caso di H. pylori, un possibile target farmacologico è l’enzima ureasi che, prodotto dentro il batterio, ne favorisce la sopravvivenza, fornendo una sorta di scudo. Attraverso questo meccanismo, Helicobacter pylori riesce a colonizzare e sopravvivere sulla mucosa gastrica, tipicamente caratterizzata da un ambiente estremamente acido, soprattutto durante le fasi digestive. Inibire l’attività dell’ureasi significa quindi togliere al batterio la sua protezione, rendendolo vulnerabile all’attacco dei succhi gastrici.
Uno dei principali temi di ricerca nel mio gruppo al Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie dell’Università di Bologna riguarda proprio la struttura e il meccanismo di azione dell’ureasi. Negli scorsi anni, grazie soprattutto al lavoro di Stefano Ciurli, numerosi inibitori di questo enzima sono stati caratterizzati a livello strutturale. Tuttavia, le molecole individuate, sebbene efficaci e usate con successo in campo agronomico, non hanno ancora trovato applicazione in terapia, sia per la loro difficoltà a penetrare la membrana plasmatica batterica, sia perché si sono spesso rivelate tossiche sull’uomo.
La nostra ricerca
Esiste un approccio di ricerca alternativo per trovare nuovi inibitori dell’ureasi, con una possibile applicazione farmacologica? Da questa domanda è partito il nostro lavoro di ricerca, i cui risultati sono stati pubblicati su Biochimica et Biophysica Acta. Sapevamo, da nostri studi precedenti che la funzionalità dell’ureasi dipende dalla presenza di ioni nichel nel suo sito attivo. L’enzima è prodotto dai batteri in una forma immatura, e acquisisce la sua attività solo grazie a un processo che vede la collaborazione di almeno quattro proteine accessorie. Possiamo agire a monte bloccando, invece dell’enzima già attivo, le interazioni tra le proteine responsabili della maturazione funzionale dell’ureasi?
Spinti da questa domanda, abbiamo pensato di utilizzare un peptide, una corta sequenza di amminoacidi, che fosse in grado di interporsi tra le proteine coinvolte nella maturazione dell’ureasi, interferendo con le interazioni. Per testarne l’efficacia, però, occorreva operare su un sistema molecolare complesso, comprendente l’enzima, ancora in forma inattiva, e le quattro proteine accessorie. Invece di agire in vitro sulle molecole purificate, in un classico approccio di screening farmacologico, abbiamo così pensato di utilizzare direttamente la cellula batterica, in grado di produrre tutte le proteine necessarie in un ambiente il più possibile vicino a quello fisiologico. Si poneva ora il problema di inserire il peptide dentro il microrganismo, superando la nota refrattarietà dei peptidi a penetrare la membrana plasmatica per entrare nell’ambiente citoplasmatico.
Batteri ingegnerizzati
Abbiamo utilizzato il batterio modello Escherichia coli, per cui possediamo strumenti standardizzati per agire sulle sequenze geniche più efficacemente rispetto a quanto avviene per H. pylori. Per prima cosa, però, dovevamo ingegnerizzare E. coli per farlo assomigliare a H. pylori: così, in collaborazione con il biologo molecolare Alberto Danielli, abbiamo inserito in E. coli le sequenze geniche recanti l’informazione per produrre l’ureasi e le sue proteine accessorie di Helicobacter pylori. Verificato che il batterio così modificato producesse un enzima attivo e funzionale, lo abbiamo ulteriormente trasformato con una seconda sequenza genica, contenente l’informazione per produrre il peptide di nostro interesse. Ed ecco che il batterio doppiamente ingegnerizzato dimostrava una sensibile riduzione dell’attività ureasica intracellulare: abbiamo così creato un modello che inibisce la maturazione dell’ureasi, combattendo il batterio H. Pylori.
Cosa succede ora?
Il risultato di questo studio è duplice: da un lato, abbiamo provato l’efficacia del nostro approccio molecolare – inibire l’interazione tra le proteine responsabili della maturazione dell’ureasi – nel compromettere la funzione di un noto fattore di patogenicità del batterio. La sequenza peptidica individuata servirà da base per lo sviluppo di peptido-mimetici, piccole molecole che mimano il peptide individuato, punto di partenza per lo sviluppo di nuovi farmaci. D’altro canto, abbiamo creato un sistema cellulare semplificato, che mima il batterio patogeno, su cui potremo monitorare altri inibitori dell’ureasi, per selezionare farmaci con una maggiore probabilità di efficacia.
