Cassetta degli attrezzi per la produzione di principi attivi
I microbiologi dell'ETH guidati da Markus Künzler hanno scoperto uno straordinario enzima in un fungo. Ora vogliono usarlo per sviluppare nuove sostanze attive.
I funghi sembrano essere un serbatoio quasi inesauribile di nuovi principi attivi. Uno di questi serbatoi è il fungo scuro dell'olivo (Omphalotus olearius),Il fungo fluorescente, un fungo comune nella regione mediterranea, il cui corpo fruttifero si illumina di notte.
Tuttavia, non è questo effetto speciale a renderlo interessante per la ricerca medica, ma un enzima presente in questo fungo che i ricercatori dell'ETH guidati dal microbiologo Markus Künzler hanno recentemente scoperto.
Questo enzima, chiamato OphA, è un componente centrale di una via metabolica per la difesa dai parassiti nel fungo dell'olivo scuro. "I funghi si difendono dai predatori o dai concorrenti con un cocktail di tossine diverse, molte delle quali sono proteine o peptidi", spiega Künzler.
Il fungo dell'olivo scuro utilizza l'enzima OphA per aggiungere gruppi metilici alla spina dorsale di tale peptide. Solo il peptide chiamato omphalotin A, modificato chimicamente in questo modo e successivamente chiuso a formare un anello, agisce come tossina. Il fungo la usa per allontanare parassiti come i vermi filiformi.
Difficile cambiare la linea di produzione
Anche i peptidi dei funghi sono utilizzati come principi attivi in medicina. Uno dei più noti è la ciclosporina A. Questo peptide viene utilizzato da quasi 40 anni nei trapianti d'organo, nelle malattie autoimmuni e nella medicina del cancro.
Questo peptide ha una forma ad anello e presenta lo stesso tipo di gruppi metilici dell'omphalotin A sul suo backbone. La forma ad anello e i gruppi metilici sono determinanti per le vantaggiose proprietà farmacologiche, in particolare per la disponibilità orale della ciclosporina A. Quest'ultima proprietà è ancora un grosso ostacolo. Quest'ultima proprietà è ancora un ostacolo importante per i farmaci a base di peptidi.
A differenza dell'omphalotin A, la cui spina dorsale, come quella della maggior parte delle proteine e dei peptidi presenti in una cellula, è prodotta dal ribosoma, la ciclosporina A viene assemblata a partire dagli amminoacidi corrispondenti da un enorme enzima che ha questo compito specifico. Questo enzima funziona in modo simile a una linea di produzione dell'industria automobilistica. "Tuttavia, questa linea di produzione non può essere modificata biotecnologicamente per produrre varianti della ciclosporina A", spiega Künzler.
OphA non è schizzinoso
Con l'aiuto dell'enzima OphA, tuttavia, potrebbe essere possibile produrre non solo varianti dell'omphalotin A, ma anche altri nuovi peptidi a forma di anello che hanno proprietà farmacologiche favorevoli simili a quelle della ciclosporina A grazie ai gruppi metilici introdotti.
La base è il fatto che i peptidi elaborati da OphA sono prodotti dai ribosomi e possono essere facilmente modificati cambiando i geni corrispondenti. Inoltre, OphA non sembra essere selettivo nella scelta dei peptidi che può modificare chimicamente. L'enzima è apparentemente in grado di allegare gruppi metilici a un'ampia gamma di peptidi diversi.
"Producendo biotecnologicamente diversi peptidi di partenza e facendoli modificare da OphA, possiamo teoricamente produrre peptidi completamente nuovi con proprietà farmacologicamente interessanti", spiega Künzler.
L'OphA potrebbe essere utilizzato per generare librerie di peptidi ad anello con gruppi metilici che potrebbero essere considerati come potenziali sostanze attive. In una fase successiva, tali librerie di peptidi potrebbero essere ricercate alla ricerca di peptidi che abbiano una proprietà biologica desiderata, come il legame con una proteina bersaglio nella terapia del cancro.
Tecnologia in iscrizione
I peptidi così identificati sono promettenti peptidi guida per lo sviluppo di corrispondenti terapeutici peptidici, perché è molto probabile che abbiano già proprietà farmacologiche favorevoli grazie ai gruppi metilici presenti. "Questo approccio offre chiari vantaggi in termini di efficienza dei costi e di probabilità di successo rispetto agli approcci in cui i gruppi metilici vengono introdotti chimicamente nei peptidi in una fase successiva", spiega il microbiologo.
L'ETH di Zurigo ha iscritto una domanda di brevetto per l'uso dell'enzima per introdurre gruppi metilici nei peptidi e per il processo di generazione delle corrispondenti librerie di peptidi. Per dimostrare che la tecnologia funziona, Künzler ha ottenuto una sovvenzione CTI, inizialmente senza un partner industriale. ? in discussione anche la creazione di un'apertura. "Ma prima dobbiamo fornire una prova di principio prima di poter raccogliere fondi per un'eventuale apertura". I prossimi due anni saranno probabilmente cruciali per questo.
Esperti entusiasti
Künzler ha ricevuto molti incoraggiamenti per i suoi sviluppi, almeno dalla comunità scientifica. In occasione di una conferenza sui peptidi a cui ha recentemente partecipato in Canada, il suo sistema ha suscitato grande interesse. C'è già una parte interessata all'acquisizione di una licenza. "? divertente accompagnare la ricerca fondamentale verso l'applicazione", dice.
Künzler ritiene che il potenziale di prodotti naturali dei funghi sia molto elevato. In tutto il mondo esistono diversi milioni di specie di funghi e il numero di sostanze naturali promettenti è altrettanto elevato. Tuttavia, è anche realista e sa che solo una minima parte di queste verrà presa in considerazione come farmaco - forse qualcuna della sua collezione di peptidi ce la farà.
Letteratura di riferimento
van der Velden NS, K?lin N, Helf MJ, Piel J, Freeman MF, Künzler M. Autocatalytic backbone N-methylation in a family of ribosomal peptide natural products. Nature Chemical Biology (2017). doi: sito esterno10.1038/nchembio.2393