Un’Arma Segreta contro Listeria: Come Abbiamo Riprogrammato un Enzima per la Sicurezza Alimentare

Ciao a tutti! Oggi voglio raccontarvi una storia affascinante che unisce biologia molecolare, ingegneria proteica e un nemico invisibile ma temibile: la Listeria monocytogenes. Questo batterio è un vero incubo per la sicurezza alimentare, capace di causare la listeriosi, un’infezione grave che può colpire duro, specialmente le persone più vulnerabili.

Il Problema: Listeria, l’Ospite Indesiderato

Avete presente quei cibi pronti (RTE – Ready-To-Eat) come salumi, formaggi molli, pesce affumicato o insalate confezionate? Ecco, la Listeria adora nascondersi lì. La cosa peggiore è che è bravissima a sopravvivere negli ambienti di lavorazione alimentare, formando delle fortezze chiamate biofilm su superfici come l’acciaio inox. Questo la rende difficile da eliminare con i metodi tradizionali (calore, disinfettanti chimici), che a volte non bastano o possono creare ceppi resistenti. E come se non bastasse, gli antibiotici usati per curare le infezioni stanno diventando meno efficaci. Insomma, c’era un bisogno disperato di trovare nuove armi.

La Scintilla: Idrolasi del Peptidoglicano, le Forbici Molecolari

Da tempo, nel mondo della ricerca, si guarda con interesse a degli strumenti biologici chiamati idrolasi del peptidoglicano (PGH). Immaginatele come delle forbici molecolari super specifiche, capaci di tagliare la parete cellulare dei batteri (il peptidoglicano, appunto), facendoli letteralmente “scoppiare”. Sono prodotte da altri batteri o dai loro virus (batteriofagi) e hanno un vantaggio enorme rispetto agli antibiotici: colpiscono solo il bersaglio designato, lasciando in pace i batteri “buoni” del nostro corpo. Promettente, vero?

La Scoperta: Ecco StM23!

È qui che entriamo in gioco noi. Scandagliando il genoma di uno Streptococcus thermophilus (un batterio “amico”, usato per fare lo yogurt!), abbiamo identificato una nuova PGH, una peptidasi M23 che abbiamo chiamato StM23. Analizzando la sua struttura tridimensionale ai raggi X (con una risoluzione pazzesca di 1.35 Å!), abbiamo visto che assomigliava ad altre peptidasi M23 note, come la lisostafina, ma con delle sue peculiarità. Aveva i “motivi” giusti (sequenze di amminoacidi specifiche come HxxxD e HxH) per legare lo zinco ed essere cataliticamente attiva.

Prime Prove sul Campo: StM23 all’Opera

Abbiamo subito messo alla prova la nostra StM23 contro diversi batteri. I risultati? Fantastici contro Listeria monocytogenes e anche contro altri batteri Gram-positivi con una parete cellulare simile (di tipo meso-DAP), come Bacillus subtilis e Bacillus cereus. Riuscivamo a vedere una riduzione significativa della torbidità delle colture batteriche, segno che l’enzima stava facendo il suo lavoro: lisare le cellule. C’era però un “ma”: come molte altre peptidasi M23 isolate, la nostra StM23 non amava molto il sale (NaCl) e funzionava bene solo in un intervallo ristretto di pH. Questo poteva essere un limite per le applicazioni pratiche, ad esempio nell’industria alimentare dove le condizioni possono variare parecchio.

L’Upgrade: Nasce la Chimera StM23_CWT

Ma non ci siamo fermati qui! Sapevamo che le PGH hanno spesso una struttura modulare: una parte che taglia (il dominio catalitico, EAD) e una o più parti che aiutano a trovare e agganciare la parete batterica (domini di legame alla parete cellulare, CWT). Abbiamo pensato: e se prendessimo il “motore” (l’EAD) della nostra StM23 e gli attaccassimo un “sistema di puntamento” (un CWT) particolarmente efficace?

Abbiamo scelto un dominio CWT (di tipo SH3b) da un’altra PGH (SpM23B di Staphylococcus pettenkoferi), noto per la sua capacità di legarsi bene a diversi tipi di batteri, inclusa la Listeria. Lo abbiamo fuso alla fine della nostra StM23, creando una proteina chimerica: StM23_CWT.

La Chimera Supera le Aspettative

I test sulla chimera StM23_CWT sono stati entusiasmanti!

• Efficacia Migliorata: Era ancora più potente contro Listeria e Bacillus rispetto alla StM23 originale.
• Specificità Ampliata: Sorprendentemente, ora funzionava anche contro batteri che prima erano “immuni”, come Staphylococcus aureus (un altro patogeno importante) ed Enterococcus faecium.
• Robustezza Ambientale: La chimera tollerava molto meglio il sale (fino a 100 mM NaCl senza problemi, e mostrava ancora attività a 500 mM!) e funzionava in un intervallo di pH molto più ampio (da pH 6 a pH 11!). Questo è fondamentale per un’applicazione reale.
• Velocità d’Azione: Era rapidissima! In soli 10 minuti raggiungeva la massima attività contro Listeria.

Sfida nel Mondo Reale: Biofilm e Superfici

Ok, funzionava bene in provetta (su cellule planctoniche), ma la vera sfida era il mondo reale: i biofilm e le superfici contaminate. Abbiamo testato StM23_CWT su ceppi di Listeria isolati direttamente da impianti di produzione alimentare. Anche qui, l’enzima si è dimostrato efficace.

Poi siamo passati ai biofilm, quelle ostiche comunità batteriche. Abbiamo fatto crescere un biofilm di Listeria su piastrine di acciaio inox (simulando le attrezzature industriali) a 12°C per 48 ore. Trattando il biofilm con StM23_CWT, abbiamo ottenuto una riduzione significativa dei batteri vitali, paragonabile a quella della nisina (un noto conservante alimentare antimicrobico) e ancora migliore aumentando la concentrazione dell’enzima.

Infine, la prova decontaminazione: abbiamo “sporcato” con Listeria delle perle di vetro, cilindri di acciaio inox e tubi di silicone. Dopo un’ora di trattamento con StM23_CWT a temperatura ambiente… voilà! Nessun batterio vitale rilevabile su nessuna delle superfici. Un successo!

Vedere per Credere: Il Microscopio Conferma

Volevamo vedere con i nostri occhi cosa succedeva alle cellule di Listeria. Grazie alla microscopia elettronica (sia a trasmissione, TEM, che a scansione, SEM), abbiamo potuto osservare il “massacro”. Le cellule non trattate apparivano integre, con pareti cellulari ben definite. Quelle trattate con StM23_CWT, invece, erano un disastro: pareti rotte, contenuto cellulare fuoriuscito, cellule raggrinzite e detriti ovunque. L’enzima colpiva proprio dove doveva, distruggendo la parete batterica.

La Sicurezza Prima di Tutto

Un’arma potente è inutile, anzi dannosa, se non è sicura. Abbiamo quindi sottoposto StM23_CWT a rigorosi test di sicurezza usando diversi modelli:

• Embrioni di Zebrafish: Esposti all’enzima, si sono sviluppati normalmente, senza malformazioni o aumento della mortalità.
• Larve di Galleria mellonella (tarma della cera): Iniettate con l’enzima, sono sopravvissute e si sono sviluppate come quelle di controllo.
• Cellule Umane in Coltura (cheratinociti HaCAT e fibroblasti NIH 3T3): L’enzima non ha mostrato citotossicità significativa, mantenendo alta la vitalità cellulare.

Questi risultati sono stati un grande sollievo: la nostra chimera è potente contro i batteri ma innocua per organismi superiori e cellule umane.

Verso il Futuro: Un Alleato per la Sicurezza Alimentare

Cosa significa tutto questo? Che abbiamo tra le mani un nuovo e promettente agente antimicrobico, StM23_CWT, con un potenziale enorme per migliorare la sicurezza alimentare e l’igiene negli impianti di produzione. La sua capacità di colpire specificamente Listeria (e altri patogeni), la sua efficacia contro i biofilm, la sua robustezza e il suo profilo di sicurezza lo rendono un candidato ideale.

Certo, la strada è ancora lunga. Dobbiamo ottimizzare la produzione su larga scala, testarlo in matrici alimentari complesse e assicurarci che i batteri non sviluppino resistenza facilmente. Ma i risultati finora sono incredibilmente incoraggianti. Stiamo contribuendo a sviluppare strategie innovative per combattere nemici invisibili come la Listeria, proteggendo la nostra salute e riducendo gli sprechi alimentari. È la scienza al servizio di tutti noi!

Fonte: Springer