Lievito di birra per produrre e analizzare rapidamente i peptidi macrociclici

Un team di scienziati e scienziate dell’Università Ca’ Foscari Venezia, in collaborazione con ricercatori provenienti da Giappone, Cina, Svizzera e Italia, ha sviluppato un metodo innovativo per produrre e analizzare rapidamente un’ampia gamma di peptidi macrociclici, molecole sempre più utilizzate nella medicina moderna.

La ricerca, pubblicata su Nature Communications, sfrutta il lievito comune usato nella produzione della birra, trasformando miliardi di questi microrganismi in piccole fabbriche fluorescenti, ognuna in grado di creare un peptide unico con potenziali applicazioni terapeutiche.

Testare i peptidi attraverso le cellule di lievito

I peptidi macrociclici rappresentano una promettente classe di farmaci perché combinano precisione, stabilità e sicurezza, offrendo minori effetti collaterali rispetto ai farmaci tradizionali. Tuttavia, i metodi classici per scoprirli e testarli sono complessi, difficili da controllare, lenti e meno ecologici.

Per superare queste limitazioni, il team di ricerca ha ingegnerizzato cellule di lievito per produrre individualmente differenti peptidi macrociclici. Ogni cellula di lievito funziona come una piccola fabbrica che diventa fluorescente quando produce il composto, consentendo ai ricercatori di identificare rapidamente i peptidi più promettenti.

Con tecniche avanzate di microfluidica e fluorescenza, il team ha analizzato miliardi di queste micro-fabbriche in poche ore, un processo significativamente più rapido e sostenibile rispetto ai metodi attuali.

“Abbiamo modificato le cellule di lievito in modo che ciascuna funzioni come una ‘micro-fabbrica’ che diventa fluorescente quando produce uno specifico composto”, spiega Sara Linciano, prima autrice dello studio e ricercatrice post-doc presso il Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi di Ca’ Foscari. “Ciò ci ha permesso di analizzare rapidamente ed efficacemente 100 milioni di peptidi diversi”.

“Sfruttando il sistema naturale del lievito, produciamo molecole peptidiche biocompatibili e biodegradabili, rendendole sicure per la salute e per l’ambiente – un vero esempio di ‘green pharma’”, ha commentato Ylenia Mazzocato, co-responsabile dello studio, sottolinea la sostenibilità dell’approccio.

Il team ha inoltre chiarito come questi peptidi si legano con precisione ai loro bersagli.

“Usando la cristallografia a raggi X, abbiamo dimostrato l’eccellente capacità di legame di questi peptidi, confermandone precisione e potenza”, afferma Zhanna Romanyuk, che ha contribuito all’analisi strutturale.

Questo nuovo metodo rappresenta un importante avanzamento nella scoperta di farmaci, soprattutto per bersagli difficili da trattare con i farmaci convenzionali.

“Stiamo espandendo ulteriormente questa tecnologia per creare peptidi macrociclici in grado di veicolare terapie avanzate direttamente a specifiche cellule, con il potenziale di rivoluzionare i trattamenti”, commenta Alessandro Angelini, professore associato e coordinatore dello studio. “Questo potrebbe portare significativi benefici alla salute dei pazienti e importanti ricadute scientifiche ed economiche”.

Lo studio è stato svolto nell’ambito del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), con il supporto dell’iniziativa Next Generation EU dell’Unione Europea, coinvolgendo team multidisciplinari dell’Università Ca’ Foscari Venezia, Kyoto Institute of Technology (KIT), Chinese Academy of Sciences, Università di Padova ed École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), inclusi esperti di chimica, biofisica, biochimica e scienze computazionali.

Parte di questa tecnologia è già stata brevettata da Ca’ Foscari e recentemente acquisita dalla startup Arzanya S.r.l.

“Vedere che la nostra tecnologia ottiene riconoscimento internazionale mi rende orgoglioso”, conclude Angelini. “Spero che Arzanya S.r.l. possa rappresentare per i nostri giovani ricercatori talentuosi un’opportunità per continuare a coltivare le loro passioni qui in Italia, senza necessariamente dover emigrare all’estero”.