Nei parchi si nasconde una tossina ‘killer’ per gli insetti, che potrebbe diventare un prezioso alleato per l’uomo. Questi microrganismi sono responsabili di quel forte profumo di terra che si avverte nell’aria dopo la pioggia. In ogni giardino, parco e campo da gioco del mondo, la superficie è abitata da un tipo di batterio chiamato Streptomyces, uno dei più comuni sulla Terra. Tuttavia, le molecole che producono quel profumo sono solo la parte emersa di un vasto repertorio chimico di questi microbi che vivono nel suolo. Gli Streptomyces sono delle vere e proprie fabbriche farmaceutiche naturali, responsabili di molte sostanze antitumorali, immunosoppressori e antibiotici utilizzati nelle cliniche di tutto il mondo.
Un nuovo studio pubblicato su ‘Nature Microbiology’ offre ulteriori informazioni, suggerendo che il repertorio chimico di queste tossine sia ancora più composto di quanto si pensasse. I ricercatori della McMaster University in Canada, insieme a istituzioni come il Boston Children’s Hospital e la Harvard Medical School, in collaborazione con l’Università di Stoccolma e Yale, hanno identificato e caratterizzato una nuova classe di tossine prodotte da alcuni membri della famiglia Streptomyces, lontanamente correlate a quella letale della difterite, una grave infezione contagiosa per l’uomo. Nonostante le somiglianze strutturali con la tossina difterica, queste nuove proteine tossiche non causano malattie nell’uomo, ma sono letali per una vasta gamma di insetti.
Le origini di queste tossine sono antichissime, e potrebbero avere implicazioni anche per la salute umana, oltre che per l’agricoltura e la scoperta di nuovi farmaci. “Queste tossine, che abbiamo chiamato Saip (proteine insetticide di Streptomyces antiquus), colpiscono solo le cellule degli insetti”, spiega Cameron Currie, professore di biochimica e scienze biomediche alla McMaster University e coautore dello studio.
Per comprendere perché le Saip siano tossiche solo per gli insetti, i ricercatori hanno impiegato la tecnologia di editing genomico (Crispr) per identificare i fattori dell’ospite necessari per la loro tossicità. Disattivando sistematicamente i geni delle cellule degli insetti, hanno scoperto una proteina di superficie chiamata ‘Flower’. Anche se esistono versioni di questo gene in altri organismi, la specifica versione degli insetti è l’unico recettore noto per le Saip. Queste tossine non possono entrare nelle cellule senza questo recettore, spiegando così l’assenza di effetti sull’uomo.
Attraverso analisi bioinformatiche, genomiche ed evolutive, il team di ricerca ha ricostruito l’emergere di queste tossine nel tempo per capire quando gli Streptomyces svilupparono la capacità di producarle. La scoperta è sorprendente: le Saip sono molto antiche, risalenti a oltre 100 milioni di anni fa. Per Currie, che fa parte del Michael G. DeGroote Institute for Infectious Disease Research e si occupa di ricerche sulle pandemie, l’antica storia di queste tossine suggerisce che potrebbero aver avuto un ruolo nel plasmare le malattie umane, anche se si tratta ancora di un’ipotesi. “Sappiamo che il batterio che causa la difterite ha acquisito la sua tossina da un’altra specie di batteri molto tempo fa, quindi è possibile che queste tossine di Streptomyces siano state il ‘calderone’ per la successiva comparsa della tossina difterica”, afferma. Non tutte le specie di Streptomyces producono queste tossine, precisa lo scienziato: la maggior parte convive pacificamente con gli insetti, sia all’interno che all’esterno.
Secondo i ricercatori, questa capacità sembra limitata ad alcune linee evolutive specifiche all’interno del vasto genere Streptomyces. “È noto che gli Streptomyces intrattengono rapporti mutualistici con gli insetti, ma abbiamo scoperto un clade di ceppi che sono probabilmente patogeni per loro”, spiega Min Dong, ricercatore del Boston Children’s Hospital e professore associato alla Harvard Medical School, coautore dello studio. Experts note that these strains have evolved to assume a highly specialized role in nature: “Non si limitano a uccidere gli insetti, ma sono anche estremamente efficienti nel decomporli, utilizzando i loro ospiti morti come fonte di nutrienti essenziali”, evidenzia Currie, che ha collaborato allo studio anche con Norbert Perrimon di Harvard.
Quando questi ceppi specializzati di Streptomyces decompongono i tessuti degli insetti, producono allo stesso tempo potentissime sostanze chimiche antimicrobiche, probabilmente per respingere i microbi concorrenti attratti dalla stessa risorsa. Pertanto, il team di ricerca suggerisce che potrebbero rappresentare una fonte ancora inesplorata di nuovi antibiotici o altre molecole utili in medicina. Già in ricerche precedenti, il laboratorio di Currie ha identificato diversi antibiotici promettenti prodotti da altri ceppi di Streptomyces, rendendo ottimisti gli esperti riguardo alla rilevanza clinica di queste nuove sostanze chimiche. Currie sottolinea anche che la scoperta della Saip è rilevante perché le tossine batteriche possono avere implicazioni che vanno oltre il loro ruolo nelle malattie. La tossina botulinica, ad esempio, comunemente nota come botox, ha numerose applicazioni mediche e cosmetiche, mentre altre tossine batteriche sono state impiegate in immunologia, agricoltura e biotecnologia.
“Al momento, è una scoperta scientifica fondamentale, ma con possibili applicazioni concrete in futuro”, conclude Currie, il quale, insieme ai suoi collaboratori, ha brevettato la scoperta e sta avviando esplorazioni sulle potenziali strade di commercializzazione, specialmente nel settore agricolo, dove le tossine per insetti sono molto cercate.
“Una tossina come questa potrebbe contribuire a controllare i vettori di malattie umane, come le zanzare, che trasmettono la malaria e il virus del West Nile, o essere utilizzata per proteggere i raccolti dagli insetti nocivi. Potrebbe trovare applicazione in vari ambiti”. Nel frattempo, si procede a studiare il comportamento delle Saip in contesti biologici più complessi, analisi che consentono ai ricercatori di isolare gli antimicrobici secreti dai ceppi di Streptomyces produttori di tossine, al fine di comprendere meglio il loro potenziale clinico. Indipendentemente da come proseguiranno i futuri lavori, una cosa è certa per gli scienziati: la scoperta sottolinea quanto ci sia ancora da apprendere sui batteri. “Aver identificato qualcosa di così innovativo in uno dei gruppi di batteri più abbondanti e studiati al mondo evidenza quanto poco realmente sappiamo di loro,” osserva Currie – “Questa tossina ci ricorda in modo impressionante che i batteri sono organismi incredibilmente diversi, con capacità che continuano a sorprenderci”.
