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Apr 29, 2023

Una schermata del disegno degli esperimenti rivela che Clostridium novyi

Communications Biology volume

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 118 (2023) Citare questo articolo

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Sebbene Clostridium novyi-NT sia un farmaco batterico antitumorale che germina all'interno dei tumori ipossici per uccidere le cellule tumorali, gli effettivi fattori scatenanti della germinazione di C. novyi-NT sono ancora sconosciuti. In questo studio, selezioniamo i germinanti candidati utilizzando disegni sperimentali combinatori e scopriamo per serendipità che la D-valina è un potente germinante, inducendo la germinazione delle spore del 50% a una concentrazione di 4,2 mM. Ulteriori indagini hanno rivelato che cinque analoghi della D-valina sono anche germinanti e quattro di questi analoghi sono coppie enantiomeriche. Questo effetto stereoflessibile degli amminoacidi L e D mostra che la germinazione delle spore è un processo complesso in cui le interazioni enantiomeriche possono essere confondenti. Questo studio identifica anche la L-cisteina come germinante e l'ipoxantina e l'inosina come co-germinanti. Diversi altri aminoacidi promuovono (L-valina, L-istidina, L-treonina e L-alanina) o inibiscono (L-arginina, L-glicina, L-lisina, L-triptofano) la germinazione in modo interazione-dipendente. La D-alanina inibisce tutta la germinazione, anche nei terreni di crescita complessi. Questo lavoro getta le basi per migliorare l'efficacia della germinazione delle spore di C. novyi-NT nei tumori.

Clostridium novyi Tipo A è un batterio anaerobico obbligato che forma spore e causa mionecrosi clostridiale, testa grossa ed epatite necrotica negli ovini, caprini e suini1. In particolare, è responsabile della testa gonfia dell'ariete "Dikkop", un'infezione che si verifica attraverso ferite inflitte tra giovani arieti durante i combattimenti, con la morte che avviene entro 48-72 ore. C. novyi è un patogeno più nei bovini che negli esseri umani, con l'eccezione di uno sporadico focolaio di infezioni tra i tossicodipendenti in Scozia la cui eroina era stata contaminata dalle spore di C. novyi3.

C. novyi-NT, una versione non letale del batterio selvatico generato attraverso l'attenuazione della sua alfa-tossina, è attualmente in fase di sperimentazione clinica come terapia sperimentale per i tumori solidi4,5. Il potenziale terapeutico di C. novyi-NT deriva dalla sua capacità di colonizzare selettivamente le regioni ipossiche (<0,5% di ossigeno) dei tumori e di esercitare un effetto citotossico localizzato6. Sebbene altri clostridi precedenti a C. novyi-NT siano stati studiati per il loro effetto antitumorale, C. novyi-NT è stato il primo ad essere somministrato sotto forma di spore invece che di bastoncini vegetativi4. Oltre ad essere relativamente non immunogenico, la somministrazione di C. novyi-NT sotto forma di spore aggiunge un ulteriore livello di specificità del tumore poiché la germinazione è favorita all'interno del microambiente tumorale ipossico4,6. Le spore, essendo dormienti, sono anche resistenti all'ossigeno che altrimenti le ucciderebbe nella loro forma vegetativa6. Sebbene le spore siano quindi la forma clostridica ideale per la terapia del tumore, si sa poco su ciò che fa germinare una spora di C. novyi-NT, oltre alla necessità di un ambiente riducente. Inoltre, ciò che rende C. novyi-NT un colonizzatore efficace per alcuni tumori ma non per altri rimane un mistero7.

Le nostre attuali conoscenze sulle spore batteriche e sulla germinazione si basano in gran parte sui generi Bacillus e Clostridium8,9. In sostanza, i batteri sporulano quando le risorse metaboliche sono scarse ma germinano quando prevalgono nuovamente condizioni ricche di risorse. La capacità di attendere pazientemente il ritorno di condizioni favorevoli in uno stato dormiente racchiude il vantaggio di sopravvivenza dei batteri sporulanti. Nei batteri patogeni, questo processo ciclico guida la patogenesi, poiché una volta che le spore benigne infettano i loro ambienti bersaglio, germinando nelle loro forme vegetative produttrici di tossine10,11,12. La germinazione può essere divisa in due fasi13. La prima fase inizia con l'interazione di piccole molecole nutritive germinanti con proteine ​​specifiche chiamate recettori della germinazione (GR). L'attivazione di GR provoca il rilascio di cationi monovalenti (H+, K+ e Na+) e dipicolinato di calcio (CaDPA), nonché la parziale idratazione del nucleo della spora. Nella seconda fase, lo strato della corteccia sporale viene idrolizzato, portando all'espansione del nucleo e alla completa idratazione, completando la transizione dalla dormienza. Successivamente, il DNA, la sintesi proteica e le principali vie metaboliche diventano attive, determinando la crescita della forma vegetativa14.