Cambiare la programmazione genetica di qualcuno è più facile di quanto si pensi. Mentre le tecniche per alterare il DNA a livello molecolare stanno diventando sempre più utilizzate, è anche possibile semplicemente attivare o disattivare i geni senza cambiare permanentemente il materiale genetico sottostante. Ciò significa che possiamo influenzare le istruzioni genetiche che vengono inviate al corpo di un organismo cambiando il suo ambiente o con i farmaci.
Questo campo di "epigenetica" sta già aiutando i medici a capire come funzionano alcune malattie, perché l'esercizio fisico può essere così benefico e come potremmo essere in grado di alterare il processo di invecchiamento. Ma io e i miei colleghi stiamo provando a studiare il ruolo dell'epigenetica nei batteri.
Recentemente abbiamo studiato un possibile modo per influenzare l'epigenetica batterica che potrebbe essere in grado di fermare le infezioni senza usare farmaci antibiotici. E dato che molti batteri stanno diventando resistenti agli antibiotici esistenti, ciò potrebbe aprire un nuovo modo vitale di trattare le malattie.
Il nostro studio ha esaminato il batterio Acinetobacter baumannii, che è una delle principali cause delle infezioni che le persone possono catturare negli ospedali e che uccide fino al 70% delle persone infette da esso. Gli antibiotici non funzionano più su alcuni ceppi di A. baumannii - e l'Organizzazione mondiale della sanità lo ha recentemente classificato come la più grande minaccia batterica per la salute umana.
Abbiamo già alcuni dei cosiddetti farmaci antivirulenza che non uccidono i batteri ma li rendono innocui in modo che il sistema immunitario del corpo possa eliminarli senza lasciarli indietro per diventare resistenti al farmaco. Elaborare un modo per influenzare l'epigenetica dei batteri rendendo innocui i bug potrebbe aiutarci a creare nuovi farmaci antivirulenti che darebbero un enorme contributo alla medicina.
Per iniziare questo processo, ci siamo rivolti per la prima volta all'epigenetica umana. Il modo più comune di influenzare la nostra epigenetica è aggiungere un piccolo tag molecolare al nostro materiale genetico che attiva o disattiva un gene correlato. In particolare, possiamo aggiungere un tag noto come gruppo acetile a un'importante proteina chiamata istone.
Aggiunta di un tag acetile all'istone (CNX OpenStax, CC BY) L'istone organizza le nostre molecole di DNA lunghe 2 m in modo che possano adattarsi perfettamente all'interno delle nostre cellule lunghe 100 micron. L'aggiunta del tag acetile è un meccanismo naturale utilizzato dalle cellule per modificare il modo in cui l'istone interagisce con il DNA. L'aggiunta dei tag acetilici normalmente attiva determinati geni, il che significa che cambiano il modo in cui la cellula si comporta. I fallimenti in questo processo di modifica dell'istone sono collegati a tumori, malattie cardiovascolari e molti disturbi neurodegenerativi.
Le cellule batteriche hanno la loro versione dell'istone conosciuta come HU, che organizza il loro DNA ed è coinvolta nel far funzionare tutte le sue funzioni. I batteri che vengono definiti "Gram-positivi", come quelli nel nostro sistema digestivo che ci aiutano a scomporre il cibo, non possono sopravvivere senza lavorare HU. E i "batteri Gram-negativi", che sono in genere quelli che ci fanno ammalare come la Salmonella enterica, diventano molto meno dannosi senza HU.
Nuovi farmaci
Nel nostro studio, abbiamo scoperto che l'aggiunta di un tag acetile a HU ha influenzato in modo significativo il modo in cui interagiva con il DNA. Ciò significa che è altamente probabile che tale modifica apporti cambiamenti epigenetici, influenzando il modo in cui i batteri crescono e infettano altri organismi. Quindi, se siamo in grado di creare farmaci che apportano queste modifiche alle proteine batteriche in questo modo, potremmo avere un nuovo modo di fermare le infezioni.
Questa è una sfida molto importante in medicina in questo momento, perché i batteri resistenti agli antibiotici uccidono 700.000 persone all'anno in tutto il mondo. Se non troviamo nuovi trattamenti, il bilancio annuale delle vittime potrebbe salire a 10 milioni entro il 2025.
Una volta verificato il legame tra specifici cambiamenti epigenetici e infezione batterica, possiamo iniziare a cercare sostanze che alterano l'epigenetica dei batteri in questo modo per renderlo meno dannoso. Esistono già diverse molecole che prendono di mira l'epigenetica umana in modo simile nello sviluppo preclinico o negli studi clinici. Quindi un farmaco che "spegne" la capacità dei batteri di causare infezioni potrebbe non essere troppo lontano.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation.
Yu-Hsuan Tsai, Docente di Chimica Organica, Università di Cardiff
