Outer membrane biogenensis in Gram negative bacteria as a target for innovative antibacterial drugs

Nonostante i significativi e continui progressi nel trattamento delle malattie infettive in questa "era dell’antibiotico", i microrganismi patogeni rappresentano ancora una minaccia per la salute umana e animale in tutto il mondo. L'insorgenza di ceppi batterici resistenti ai farmaci aggrava ulteriormente questo scenario, ed ha come conseguenza una continua richiesta di sviluppo di nuove molecole antibiotiche. E' quindi evidente che le indagini sui meccanismi molecolari che sono alla base delle infezioni batteriche e delle interazioni con l’ospite dovrebbero essere fortemente indirizzate verso l’identificazione di nuovi bersagli molecolari nei batteri. Gli strumenti di proteomica e genomica attualmente disponibili, insieme al disegno razionale dei farmaci, forniscono l’approccio più produttivo per questo scopo; insieme, tali strumenti costituiscono la strategia più promettente e razionale attualmente disponibile per affrontare l'evoluzione del mondo microbico, e per evitare una drammatica deriva verso un ritorno ad una "era pre-antibiotica". La superficie cellulare nei batteri patogeni è il primo sito di interazione con l’ospite ed è uno degli obiettivi più importanti per l'attività antibatterica dell'ospite stesso. Tra i componenti microbici, il lipopolisaccaride (LPS), che costituisce un elemento strutturale essenziale nella membrana esterna dei batteri Gram-negativi, è un componente chiave che viene percepito dall’ospite e rappresenta un potente stimolante della risposta immunitaria. Il Lipide A (endotossina) è la porzione tossica di LPS e la parte farmacologicamente cruciale nella interazione con il recettore TLR4 - MD2 sulla superficie delle cellule immunitarie. Una eccessiva risposta a LPS , causata da antigeni microbici presenti nel sangue di pazienti ammalati, può provocare gravi forme di sepsi, una malattia infiammatoria a rapida progressione con mortalità fino al 29% dei casi. Poiché la biogenesi del LPS è un percorso essenziale per la sopravvivenza delle cellule e per la patogenicità, il concentrarsi sulle basi molecolari delle malattie infettive come bersaglio per strategie terapeutiche innovative rappresenta un aspetto centrale per la tutela della salute umana. In questo contesto, il presente progetto si propone di studiare il ruolo funzionale/molecolare delle proteine chiave coinvolte nella biogenesi del LPS e di progettare/sintetizzare nuovi composti che inibiscano la via biogenetica del LPS. Gli obiettivi specifici del progetto sono l’ oggetto dei due approcci descritti di seguito: a) Studi sulla relazione struttura-funzione di proteine chiave nella via biogenetica del LPS Questo approccio, che complementa gli studi cellulari, mutazionali e funzionali, si propone di rdeterminare le strutture 3D di proteine chiave coinvolte nella via biogenetica del LPS (in particolare di KdsD , LPTA e LptC) e di analizzare la relazione struttura-funzione come base per progettazione razionale di nuovi farmaci. Questi studi saranno effettuati usando proteine di Escherichia coli, organismo modello per i batteri Gram -negativi ed agente patogeno implicato in gravi malattie gastrointestinali ed extraintestinali, e di Pseudomonas aeruginosa, patogeno opportunista che provoca un’ampia varietà di infezioni nei pazienti, dato che la resistenza intrinseca ed acquisita del patogeno a molti farmaci convenzionali rende molto difficile il trattamento di tali infezioni. b) Drug design razionale e sintesi di nuovi composti antibatterici Questo obiettivo sarà perseguito attraverso la progettazione e la sperimentazione di nuovi inibitori specifici, sulla base di studi strutturali e funzionali su proteine che svolgono ruoli chiave nella biogenesi del LPS. Le molecole inibitorie sintetizzate saranno analizzate in base alla loro attività antibatterica, con particolare riferimento ai loro effetti specif