Nuovi biosensori di antibiotici
I rischi per la salute e la sicurezza imposti dalla presenza di antibiotici nei prodotti alimentari, nell’acqua potabile e nelle acque ambientali sottolineano la necessità di un monitoraggio continuo. Secondo i regolamenti dell’UE, i produttori di alimenti devono sottoporre a screening i propri prodotti per individuare eventuali tracce di antibiotici. Attualmente, lo screening dell’inquinamento acquatico da sostanze chimiche inclusi gli antibiotici viene eseguito mediante tecniche cromatografiche liquide combinate con analisi spettrometriche di massa. Il rilevamento di antibiotici richiede tuttavia sensori più avanzati che riportino in modo accurato, rapido ed economico la presenza di antibiotici in diversi ambienti. Gli scienziati del progetto DrugSense, finanziato dall’UE, hanno proposto di sviluppare sensori innovativi che si basano sulle molecole di RNA utilizzate dai batteri per attivare e disattivare i geni di resistenza agli antibiotici. Nello sviluppo di biosensori vengono sempre più utilizzati aptameri dell’RNA per legare l’analita di interesse con eccellente sensibilità, simile all’affinità mostrata dagli anticorpi. Altri approcci per il rilevamento antibatterico includono l’immobilizzazione degli enzimi che degradano antibiotici specifici quali la penicillina, provocando un cambiamento nel pH del campione bersaglio, come anche le nanoparticelle d’oro funzionalizzate. Sfruttamento dei meccanismi anti-batterici «Il concetto DrugSense si basa sui meccanismi ben consolidati evoluti nei batteri per superare la pressione imposta dagli antibiotici», spiega il prof. Rotem Sorek, coordinatore del progetto. Questi meccanismi includono la degradazione enzimatica di molecole antibiotiche, l’efflusso dalle cellule tramite pompe specifiche o la protezione di bersagli antibiotici attraverso opportune modifiche chimiche. Lo sviluppo di resistenza agli antibiotici spesso costa al batterio in termini di benessere. Di conseguenza, i batteri impiegano meccanismi regolatori mediante i quali avvertono la presenza di antibiotici e attivano selettivamente l’espressione dei geni di resistenza rilevanti solo durante l’esposizione agli antibiotici. Prove sempre più evidenti indicano che per la regolazione genica i batteri utilizzano, oltre ai classici fattori di trascrizione, gli RNA non codificanti cis-regolatori (ncRNA) come sensori antibiotici. In precedenza, attraverso studi sull’intero genoma il gruppo di ricerca DrugSense aveva identificato molecole di RNA, note come ribo-regolatori, che rispondono alla presenza di antibiotici bloccando i ribosomi, controllando così l’espressione dei geni di resistenza agli antibiotici. Questo meccanismo sembra essere funzionale sia nei batteri patogeni che in quelli commensali. Biosensori innovativi basati su molecole di RNA batterico «Questi ribo-regolatori possono quindi funzionare come efficienti sensori di antibiotici», sottolinea il prof. Rotem Sorek, e «li utilizzeremo per sviluppare un prototipo per un biosensore altamente sensibile, in grado di rilevare rapidamente i livelli di tracce di più antibiotici in cibo, acqua e altre sostanze in modo economicamente conveniente». Nel corso del progetto DrugSense, gli scienziati hanno utilizzato le loro prime scoperte per bioingegnerizzare il sensore di antibiotici. Allo stesso tempo, hanno svolto ricerche di mercato complete per identificare le necessità, mappare la concorrenza e individuare segmenti di mercato in cui il biosensore avrebbe offerto determinati vantaggi rispetto ai prodotti esistenti. In vista del futuro, il prof. Sorek spera di «ottenere un prototipo di prova di concetto protetto da proprietà intellettuale che attirerà ulteriori investimenti esterni e contribuirà a portare la nostra tecnologia sul mercato».
Parole chiave
DrugSense, antibiotico, batteri, resistenza, biosensore, RNA