La battaglia contro i batteri resistenti agli antibiotici potrebbe ricevere un impulso decisivo dallo studio approfondito dei batteriofagi, virus che attaccano selettivamente i microrganismi patogeni senza danneggiare le cellule degli organismi multicellulari. Un team di ricerca internazionale guidato dall'Università di Otago, in Nuova Zelanda, ha completato una mappatura strutturale tridimensionale ad altissima risoluzione del batteriofago Bas63, un virus che infetta specificamente Escherichia coli, aprendo nuove prospettive per l'utilizzo terapeutico di questi agenti biologici. Lo studio, pubblicato sulla rivista Science Advances, rappresenta un passo avanti significativo nella comprensione dei meccanismi molecolari attraverso cui questi virus riconoscono e penetrano le cellule batteriche.
I batteriofagi sono strutture virali di straordinaria complessità meccanica, dotate di appendici specializzate chiamate "code" che funzionano come sofisticati macchinari di iniezione. Il dottor James Hodgkinson-Bean, primo autore della ricerca e dottorando presso il Dipartimento di Microbiologia e Immunologia di Otago, spiega che questi virus rappresentano candidati "estremamente promettenti" per la cosiddetta terapia fagica, un approccio terapeutico alternativo agli antibiotici convenzionali. La capacità di colpire con precisione chirurgica specifici ceppi batterici, preservando il microbioma benefico e le cellule umane, rende i batteriofagi particolarmente interessanti in un'epoca in cui la resistenza antimicrobica continua ad espandersi globalmente.
La collaborazione tra i ricercatori neozelandesi e l'Istituto di Scienza e Tecnologia di Okinawa, in Giappone, ha permesso di analizzare la struttura molecolare del Bas63 utilizzando tecniche di microscopia crioelettronica avanzata. Questa metodologia ha rivelato dettagli architettonici senza precedenti della coda virale, incluse caratteristiche strutturali raramente osservate: connessioni whisker-collar, proteine decorative esameriche e una varietà di fibre caudali con funzioni diverse. Secondo il professor associato Mihnea Bostina, co-autore senior dello studio, questi dati forniscono un "progetto dettagliato" che può guidare la progettazione razionale di batteriofagi per applicazioni mediche, agricole e industriali.
L'analisi strutturale non si limita a fornire indicazioni pratiche per l'ottimizzazione delle terapie fagiche, ma illumina anche aspetti fondamentali dell'evoluzione virale. Hodgkinson-Bean sottolinea che mentre il DNA rappresenta il marker evolutivo più affidabile per tracciare le relazioni tra organismi complessi come gli esseri umani, la conformazione tridimensionale delle proteine virali offre una finestra privilegiata sulle relazioni evolutive remote tra virus apparentemente distanti. Il team ha identificato caratteristiche strutturali precedentemente osservate solo in virus filogeneticamente molto lontani, documentando connessioni evolutive finora sconosciute.
Particolarmente affascinante è la scoperta che i batteriofagi condividono somiglianze strutturali con i virus dell'Herpes, suggerendo una parentela evolutiva che si estende indietro nel tempo di miliardi di anni, fino a epoche precedenti la comparsa della vita multicellulare sulla Terra. "Quando osserviamo la struttura dei batteriofagi, stiamo guardando fossili viventi, esseri primordiali antichi", afferma Hodgkinson-Bean, sottolineando la dimensione quasi paleontologica di questa ricerca virologica.
Le implicazioni pratiche della mappatura sono molteplici e si estendono ben oltre la medicina umana. Bostina evidenzia che la crescente resistenza agli antibiotici, combinata con le minacce alla sicurezza alimentare globale derivanti da patogeni vegetali, rende i batteriofagi un'alternativa sempre più preziosa. Le applicazioni spaziano dal trattamento diretto delle infezioni alla lotta contro i biofilm batterici nei sistemi di lavorazione alimentare e negli impianti idrici, dove i microrganismi formano comunità resistenti difficili da eradicare con metodi convenzionali.
Questo lavoro rappresenta il secondo risultato significativo del gruppo di ricerca di Otago nella caratterizzazione strutturale dei batteriofagi. Recentemente, lo stesso team aveva pubblicato su Nature Communications un'indagine analoga su virus che infettano patogeni responsabili di malattie della patata, dimostrando la versatilità dell'approccio metodologico adottato. La sistematicità con cui vengono mappate le strutture di diversi batteriofagi sta costruendo un database sempre più ricco che potrà guidare la selezione razionale dei virus più efficaci per specifiche applicazioni terapeutiche o biotecnologiche.
Le prospettive future della ricerca includono l'espansione della mappatura strutturale a un numero maggiore di batteriofagi con diversi spettri di ospiti batterici, permettendo di comprendere meglio quali caratteristiche molecolari determinano la specificità dell'infezione. Comprendere questi meccanismi di riconoscimento cellulare è fondamentale per sviluppare cocktail fagici personalizzati capaci di adattarsi alle mutazioni batteriche e prevenire l'insorgenza di resistenza anche verso questi agenti biologici. I dati tridimensionali ad alta risoluzione potrebbero inoltre trovare applicazioni inaspettate nella comunicazione scientifica, ispirando artisti, animatori ed educatori a rappresentare con accuratezza questi straordinari nanomacchinari biologici.