Roma – Nuove proteine non presenti in natura sono state ora progettate per contrastare alcuni componenti altamente velenosi del veleno di serpente. I metodi computazionali di apprendimento profondo per sviluppare queste proteine neutralizzanti le tossine offrono la speranza di creare terapie più sicure, più economiche e più facilmente disponibili di quelle attualmente in uso. L’iniziativa di biologia computazionale volta a scoprire terapie antidoto migliori, guidata da scienziati dell’UW Medicine Institute for Protein Design e della Technical University of Denmark, è stata pubblicata su Nature. L’autore principale del documento è Susana Vazquez Torres del Department of Biochemistry presso la UW School of Medicine e il UW Graduate Program in Biological Physics. La sua città natale è Querétaro, in Messico, che si trova vicino agli habitat di vipere e serpenti a sonagli. Il suo obiettivo professionale è inventare nuovi farmaci per malattie e ferite trascurate, tra cui i morsi di serpente. Ogni anno più di 2 milioni di persone subiscono morsi di serpente. Più di 100.000 di loro muoiono, secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, e 300.000 soffrono di gravi complicazioni e disabilità durature a causa di deformità degli arti, amputazione o altri effetti collaterali. L’Africa subsahariana, l’Asia meridionale, la Papua Nuova Guinea e l’America Latina sono tra i luoghi in cui i morsi di serpente velenosi rappresentano il più grande problema di salute pubblica.
Il suo team di ricerca, che comprendeva anche esperti internazionali di ricerca sui morsi di serpente, farmaci e diagnosi e medicina tropicale dal Regno Unito e dalla Danimarca, ha concentrato la propria attenzione sulla ricerca di modi per neutralizzare il veleno raccolto da alcuni elapidi. Gli elapidi sono un vasto gruppo di serpenti velenosi, tra cui cobra e mamba, che vivono nei tropici e nei subtropici.
La maggior parte delle specie di elapidi ha due piccole zanne a forma di aghi poco profondi. Durante un morso tenace, le zanne possono iniettare veleno dalle ghiandole nella parte posteriore della mascella del serpente. Tra i componenti del veleno ci sono tossine a tre dita potenzialmente letali . Queste sostanze chimiche danneggiano i tessuti corporei uccidendo le cellule. Ancora più gravemente, interrompendo i segnali tra nervi e muscoli, le tossine a tre dita possono causare paralisi e morte.
Attualmente, i morsi di serpente velenoso degli elapidi vengono trattati con anticorpi presi dal plasma di animali immunizzati contro la tossina del serpente. Produrre gli anticorpi è costoso e hanno un’efficacia limitata contro le tossine a tre dita. Questo trattamento può anche avere gravi effetti collaterali, tra cui causare shock o difficoltà respiratorie al paziente.
“Gli sforzi per cercare di sviluppare nuovi farmaci sono stati lenti e laboriosi”, ha osservato Vazquez Torres.
I ricercatori hanno utilizzato metodi computazionali di apprendimento profondo per cercare di accelerare la scoperta di trattamenti migliori. Hanno creato nuove proteine che interferivano con le proprietà neurotossiche e di distruzione cellulare delle sostanze chimiche tossiche a tre dita legandosi a esse.
Attraverso lo screening sperimentale, gli scienziati hanno ottenuto progetti che generavano proteine con stabilità termica e alta affinità di legame. Le proteine effettivamente sintetizzate erano quasi una corrispondenza completa a livello atomico con il progetto del computer di apprendimento profondo.
Nelle piastre di laboratorio, le proteine progettate hanno neutralizzato efficacemente tutte e tre le sottofamiglie di tossine a tre dita testate. Quando somministrate ai topi, le proteine progettate hanno protetto gli animali da quella che avrebbe potuto essere un’esposizione letale alla neurotossina.
Le proteine progettate hanno vantaggi chiave. Potrebbero essere prodotte con qualità costante tramite tecnologie del DNA ricombinante anziché immunizzando gli animali. (Le tecnologie del DNA ricombinante in questo caso si riferiscono ai metodi di laboratorio impiegati dagli scienziati per prendere un progetto progettato computazionalmente per una nuova proteina e sintetizzare quella proteina.)
Inoltre, le nuove proteine progettate contro le tossine dei serpenti sono piccole, rispetto agli anticorpi. Le loro dimensioni più piccole potrebbero consentire una maggiore penetrazione nei tessuti per contrastare rapidamente le tossine e ridurre i danni.
Oltre ad aprire nuove strade per sviluppare antiveleni, i ricercatori pensano che i metodi di progettazione computazionale potrebbero essere utilizzati per sviluppare altri antidoti. Tali metodi potrebbero anche essere utilizzati per scoprire farmaci per malattie sottotrattate che colpiscono paesi con risorse di ricerca scientifica significativamente limitate.
“La metodologia di progettazione computazionale potrebbe ridurre sostanzialmente i costi e le risorse richieste per lo sviluppo di terapie per le malattie tropicali neglette”, hanno osservato i ricercatori.
I ricercatori senior del progetto per progettare trattamenti proteici per i morsi di serpente elapide erano Timothy J. Perkins della Technical University of Denmark e David Baker dell’UW Medicine Institute for Protein Design e dell’Howard Hughes Medical Institute. Baker è professore di biochimica presso la UW School of Medicine.
L’Università di Washington ha presentato una domanda di brevetto provvisorio negli Stati Uniti per la progettazione e la composizione delle proteine create in questo studio. (30Science.com)
