Scoperta la tossina botulinica X, con nuove proprietà – Vector blog
Il botulismo è una malattia paralizzante rara e potenzialmente fatale. È il motivo per cui non dovremmo nutrire i neonati con il miele e per cui dobbiamo fare attenzione nel consumare cibi conservati in casa: possono potenzialmente contenere tossine dannose per i nervi prodotte dal Clostridium botulinum. La tossina botulinica è classificata come uno dei sei agenti bioterroristici potenziali più pericolosi.
Ci sono sette tipi conosciuti di tossina botulinica. Le tossine A e B sono state identificate per la prima volta nel 1919 e purificate rispettivamente nel 1946 e nel 1947. (Le tossine C, D, E e F sono seguite. L’ultima, la tossina G, è stata identificata nel 1969 nei batteri del suolo in Argentina.
E questo è quanto è rimasto fino ad oggi. Ma per difendersi veramente dal botulismo, dobbiamo conoscere tutte le tossine prodotte dai vari ceppi di C. botulinum, poiché ognuna richiede un anticorpo separato per neutralizzarla.
“Per molto tempo, non sono state trovate nuove tossine”, dice Min Dong, PhD, un assistente professore del Dipartimento di Urologia dell’Ospedale dei Bambini di Boston e del Dipartimento di Microbiologia e Immunobiologia della Harvard Medical School. “Abbiamo trovato nuovi sottotipi, ma non una tossina completamente nuova. La domanda è stata quando avremmo trovato uno, e dove cercarlo.”
Nel 2013, un gruppo in California aveva quello che sembrava una nuova tossina, il tipo H, ma si è rivelato un falso allarme: quando la proteina è stata finalmente sequenziata, si è scoperto che era una combinazione di due tossine esistenti (un sottotipo di tossina F con un pezzo di tossina A).
La settimana scorsa in Nature Communications, Dong e colleghi hanno riportato la prima nuova tossina botulinica trovata in quasi 50 anni. Chiamata provvisoriamente tossina X, ha alcune proprietà insolite che la distinguono dalle altre.
“La sequenza non assomiglia a nessun’altra tossina, e non può essere riconosciuta dagli anticorpi di qualsiasi altra tossina botulinica conosciuta”, dice Dong.
Riaprire un caso freddo
I batteri che producono la tossina X erano stati isolati negli anni ’90 in Giappone. Il ceppo, che aveva causato casi di botulismo infantile, fu debitamente classificato, e la sua tossicità fu attribuita alla tossina B. Il batterio fu sequenziato, e fu trovata la sequenza che codifica la tossina B.
Questa sembrava essere la fine della storia. “Ma nel 2015, un altro gruppo giapponese ha sequenziato il genoma del batterio e ha messo la sequenza in un database pubblico.
“Quello che hanno perso all’interno di questa sequenza genomica era un pezzo che contiene questo nuovo gene della tossina”, dice Dong.
Pål Stenmark dell’Università di Stoccolma in Svezia lo ha notato per primo in un’analisi bioinformatica. Il nuovo gene aveva tutte le caratteristiche per codificare una tossina funzionale.
“Abbiamo collaborato con Pål sulla struttura-funzione delle tossine botuliniche per molto tempo”, dice Dong. “È venuto da me con queste informazioni e abbiamo deciso di unire le forze e classificare la tossina in modo funzionale.”
Con il collega post-dottorato Sicai Zhang, PhD, a capo del lavoro, i ricercatori hanno convalidato l’attività della tossina assemblandola artificialmente in laboratorio. “Abbiamo deciso di evitare di generare il gene attivo della tossina a lunghezza intera, poiché l’introduzione di un gene della tossina in un organismo o in un sistema cellulare è sempre una preoccupazione significativa per la biosicurezza”, dice Dong. “Invece, abbiamo sviluppato un approccio per generare una quantità limitata di tossina in provetta unendo due frammenti non tossici.”
Questo approccio ha fornito tutti gli elementi necessari per capire come funziona la tossina X. Jie Zhang, PhD, uno scienziato senior nel laboratorio di Dong, è stato in grado di dimostrare che provoca la paralisi nei topi simile ad altre tossine botuliniche.
Applicazioni terapeutiche?
La sorpresa non si è fermata qui. In ulteriori studi, il membro del laboratorio Sicai Zhang, PhD, ha scoperto che la tossina botulinica X taglia lo stesso gruppo di proteine nervose prese di mira da altre tossine botuliniche. Ma taglia anche un gruppo di proteine che nessuna delle altre tossine tocca.
“Il tipo X ha questa capacità unica di tagliare VAMP4, VAMP5 e Ykt6”, elabora Dong. “Alcune di queste proteine sono scarsamente caratterizzate, quindi la tossina di tipo X sarà uno strumento prezioso per definire le loro funzioni.”
I bersagli aggiuntivi potrebbero potenzialmente dotare la tossina X di proprietà diverse quando viene utilizzata in campo medico. Le tossine botuliniche A e B sono attualmente utilizzate per la spasticità, il dolore cronico, la vescica iperattiva e la rimozione delle rughe, per citare alcune applicazioni. Funzionano tagliando le proteine nelle terminazioni nervose che influenzano la secrezione di neurotrasmettitori, a sua volta influenzando la comunicazione tra i neuroni. Gli effetti del taglio delle proteine aggiuntive devono ancora essere esplorati.
“Questa nuova tossina può aggiungere ulteriori benefici terapeutici? Questa è una domanda eccitante a cui non abbiamo la risposta in questo momento”, dice Dong. “Non conosciamo ancora la potenza di questa tossina. Anche questo deve essere studiato, da un laboratorio approvato dal CDC.”
Per Dong, il processo di scoperta è avvincente quanto i risultati.
“Tradizionalmente, si scoprono i fattori di virulenza batterica guardando le conseguenze dell’infezione e trovando le proteine e i geni”, dice. In questo caso, la tossina è stata scoperta dal sequenziamento dell’intero genoma dei batteri”. Questo illustra l’importanza degli approcci genetici e bioinformatici per la comprensione del mondo microbico.”
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