Studio: Un'alga verde unicellulare produce per la prima volta l'intera proteina spike del coronavirus

Il team di Anna Kiefer e Justus Niemeyer si concentra sull'alga verde Chlamydomonas reinhardtii per produrre la proteina spike. (Foto: Koziel/TUK)

Per produrre principi attivi medici, vengono spesso utilizzati microorganismi come batteri. Tuttavia, soprattutto con molecole complesse, questi raggiungono i loro limiti, poiché non sono in grado di sintetizzarle. Un'alternativa è rappresentata dall'alga unicellulare Chlamydomonas reinhardtii. Ricercatori dell'Università Tecnica di Kaiserslautern (TUK) sono riusciti per la prima volta a produrre il proteina spike completa del coronavirus, che si lega alle cellule umane. Finora ciò non era possibile. Il lavoro dimostra quale ruolo potrebbe giocare in futuro l'alga nella produzione di principi attivi. Lo studio è stato pubblicato sulla rinomata rivista specializzata Frontiers in Plant Science.

Microorganismi come batteri e lieviti vengono utilizzati come microfabbriche, poiché con essi è possibile produrre in modo relativamente semplice determinate proteine su scala industriale. Questo è di interesse anche per la ricerca farmaceutica, ad esempio per sviluppare proteine terapeutiche. Altri metodi sono spesso complessi e più costosi.

Con molecole complesse, però, i batteri raggiungono i loro limiti. "Non sono in grado di glicosilare le proteine", spiega Justus Niemeyer, dottorando nel gruppo di lavoro Biotecnologia Molecolare e Biologia dei Sistemi del Professor Dr. Michael Schroda presso l'Università di Kaiserslautern. Per glicosilazione si intende l'aggiunta di zuccheri a queste molecole. "Ogni organismo ha un proprio schema caratteristico", prosegue. "Questa firma è necessaria affinché le proteine siano funzionali."

Per questo motivo, l'alga unicellulare Chlamydomonas reinhardtii sta diventando sempre più oggetto di ricerca. "Con essa si possono sintetizzare molecole complesse", afferma la dottoranda Anna Kiefer, prima autrice dello studio attuale. L'alga, come l'uomo, appartiene agli eucarioti. A differenza dei procarioti, tra cui i batteri, ha un nucleo cellulare.

Il team dei due ha ora utilizzato l'alga per produrre la proteina spike del coronavirus. Questa è ciò che permette al virus di legarsi alle cellule umane. Per la ricerca, è quindi di interesse, poiché rappresenta un possibile punto di partenza per la produzione di farmaci.

"L'alga aggiunge anche un segnale di zucchero alla proteina. Nei nostri esperimenti abbiamo constatato che è attiva e svolge la sua funzione. Si lega alle cellule umane in coltura cellulare, e si attacca alla proteina ACE2 sulla cellula", spiega la biologa di Kaiserslautern.

Per la prima volta, i ricercatori sono riusciti a produrre questa proteina con l'alga. "Un altro gruppo di lavoro ha prodotto parti della proteina spike, ma finora nessuno è riuscito a sintetizzare l'intera molecola con l'alga", afferma Niemeyer. Per adattare l'informazione genetica alla produzione della proteina spike, gli scienziati hanno utilizzato un sistema modulare. Con questo hanno potuto creare rapidamente ed efficientemente modelli di DNA per la proteina, utilizzando elementi genetici standardizzati.

Il lavoro dimostra che le alghe potrebbero essere utilizzate in futuro prossimo per la produzione di principi attivi. "Sono facili da coltivare, a basso costo, rapide e sostenibili, e semplici nella cura", riassume Kiefer.

Il team desidera continuare la ricerca. Tra le altre cose, vuole lavorare per purificare la proteina spike dagli altri proteini prodotti dall'alga. Inoltre, intende studiare in modo approfondito i modelli di glicosilazione utilizzati dall'alga. "Finora si conosce poco a riguardo", afferma Kiefer. "Ad esempio, ci sono somiglianze con i modelli umani? Quali sono le differenze? Vogliamo approfondire questi aspetti."

Lo studio è stato pubblicato sulla rinomata rivista Frontiers in Plant Science. "Produzione e secrezione di proteina spike funzionale SARS-CoV-2 in Chlamydomonas reinhardtii"
DOI 10.3389/fpls.2022.988870