Una farmacia sottomarina: alla scoperta dei microbi marini benefici
Il nostro rapporto con i microbi benefici che ci circondano ha fatto parte della nostra evoluzione: ne sono un esempio la prima fermentazione, risalente a circa il 7000 a.C. i batteri fissatori di azoto, scoperti per la prima volta alla fine del XIX secolo, e la scoperta della penicillina all’inizio del XX secolo. Le malattie infettive continuano a rappresentare una minaccia per la salute umana, l’acquacoltura e l’agricoltura, mentre la resistenza agli antimicrobici sta riducendo l’efficacia di molti trattamenti antibiotici esistenti. Allo stesso tempo, agricoltori e allevatori ittici sono sottoposti a pressioni affinché riducano il ricorso agli antibiotici convenzionali e ai pesticidi chimici. Il progetto MARBLES(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, è stato pensato per affrontare queste sfide globali individuando soluzioni microbiche naturali provenienti dall’ambiente marino che potrebbero aiutare a prevenire le malattie, migliorare la salute delle colture e dei pesci e, potenzialmente, contribuire a future applicazioni nel campo dell’assistenza sanitaria. Mariana Avalos Garcia(si apre in una nuova finestra), responsabile del progetto MARBLES presso l’Università di Leida(si apre in una nuova finestra) nei Paesi Bassi, spiega che gli scienziati hanno esplorato solo una minuscola frazione della diversità microbica mondiale. «Gli ambienti marini sono particolarmente promettenti perché gli organismi che li popolano hanno sviluppato strategie uniche per sopravvivere alla forte competizione, alle malattie e allo stress ambientale. Nel farlo, spesso producono composti innovativi per proteggersi, che non hanno nulla a che vedere con quelli che si possono trovare sulla terraferma», osserva Garcia. MARBLES ha quindi deciso di sfruttare questa biodiversità marina, in gran parte ancora inesplorata, come fonte di nuovi composti per la lotta contro le malattie e di microbi benefici. Il team si è concentrato sulle spugne marine, particolarmente interessanti in quanto ospitano comunità microbiche estremamente diversificate, note perché producono numerosi prodotti naturali. Le microalghe e i pesci sono stati scelti per la loro diretta rilevanza per l’acquacoltura e la produzione sostenibile di colture alimentari. Gilles van Wezel(si apre in una nuova finestra), coordinatore del progetto MARBLES e docente di biotecnologia molecolare(si apre in una nuova finestra) presso l’Università di Leida, insieme al suo team, intendeva inoltre individuare soluzioni per il controllo delle malattie nel settore dell’acquacoltura e dell’agricoltura. «Tradizionalmente, la lotta contro i parassiti si è basata in larga misura sull’uso di antibiotici, pesticidi chimici e altri trattamenti sintetici. Sebbene spesso efficaci, questi approcci possono contribuire alla resistenza agli antimicrobici, alla contaminazione ambientale e avere ripercussioni sugli organismi non bersaglio», spiega.
Indurre i microbi a reagire ai test effettuati sulla terraferma come farebbero sott’acqua
È un compito impegnativo. Molti microbi possiedono le istruzioni genetiche necessarie per produrre composti potenzialmente utili, ma in normali condizioni di laboratorio tali istruzioni rimangono «disattivate». MARBLES ha cercato segnali chimici naturali prodotti dagli organismi marini e dai loro partner microbici che indicano a questi microbi di riattivare tali vie metaboliche nascoste. Questi segnali chimici sono chiamati «elicitori». «Una semplice analogia è che i microbi dispongono già di una biblioteca piena di libri ma la maggior parte di essi è chiusa a chiave. Trovare un elicitore è come trovare la chiave che apre libri finora inesplorati, così da permettere agli scienziati di scoprire molecole utili che altrimenti rimarrebbero nascoste», afferma Garcia. Il progetto ha unito ecologia, genomica, microbiologia, bioinformatica e chimica dei prodotti naturali per comprendere non solo quali microbi fossero presenti ma anche come interagissero tra loro e quali molecole producessero. Questo approccio a livello di sistema ha permesso ai ricercatori di individuare composti promettenti e comunità microbiche benefiche in modo più efficiente rispetto ai metodi di screening tradizionali. Attraverso la coltura di microrganismi e la produzione di composti tramite fermentazione, anziché ricorrere alla raccolta di grandi quantità di organismi marini selvatici quali spugne e pesci, MARBLES ha cercato di ridurre al minimo la pressione sugli ecosistemi naturali. Come afferma van Wezel: «La biodiversità offre un potenziale enorme per lo sviluppo di nuovi farmaci. L’idea alla base del progetto MARBLES era quella di cercare composti con un potenziale, in modo da preservare proprio quella biodiversità da cui si attinge. Quindi, non si estraggono le spugne dall’oceano, ma si individuano i microbi e i batteri che vi si trovano, li si isolano, lasciando che le spugne continuino a crescere». Il progetto inoltre rispettava i quadri normativi internazionali che disciplinano l’accesso alle risorse genetiche marine e la ripartizione dei benefici da esse derivanti e promuoveva l’uso sostenibile della biodiversità marina.
Individuare i composti microbici marini con potenziale medicinale
Al termine del progetto, il team aveva analizzato oltre 1 200 ceppi microbici, preparato più di 8 000 estratti e li aveva studiati nell’ambito di oltre 160 000 test biologici, confrontandoli con una varietà di agenti patogeni presenti nell’acquacoltura e nella salute umana. MARBLES ha utilizzato strumenti software di nuova concezione per individuare gli estratti più promettenti e nuovi composti dotati di un’attività potente e selettiva contro determinati ceppi di agenti patogeni. «Per molti di questi abbiamo avviato il processo di ampliamento della produzione per verificare se possano essere prodotti in modo sostenibile ai fini di ulteriori test biologici», osserva Garcia, la quale aggiunge che sia la sovvenzione dell’UE sia la guida di van Wezel hanno permesso non solo di raggiungere gli obiettivi del progetto, ma anche di far acquisire ai ricercatori una preziosa esperienza nel percorso intrapreso per raggiungerli. «Non avremmo potuto ricevere una guida e una supervisione migliori», osserva Garcia.
