Identificazione del meccanismo di azione di un nuovo inibitore di FtsZ contro il patogeno emergente M. abscessus

Mycobacterium abscessus (Mab) is a ubiquitous nontuberculous mycobacteria (NTM), which has caused an increasingly higher number of infections as an opportunistic pathogen in recent years, especially in immunocompromised individuals and in people with pre-existing conditions. This NTM is particularly dangerous for patients with cystic fibrosis (CF), whose pulmonary function is compromised, leading to chronic respiratory airways infections, which can ultimately lead to death. The long time and the low success rate of the current recommended treatment for CF patients, coupled with the high intrinsic resistance of this microorganism make the development of new and more efficient drugs a priority. An essential approach to find new antimicrobial compounds is to identify new targets, which may help to overcome the resistances developed by Mab also due to the prolonged and sometimes incorrect use of the current antimicrobial agents. The latter usually work by inhibiting protein synthesis, nucleic acid (DNA and RNA) synthesis and the biosynthesis of the cell wall. It is of the most importance to identify new targets in other metabolic pathways, which must be essential for the vitality of the bacteria, but which must be absent in eukaryotic cells, in order to avoid toxicity. FtsZ is a promising candidate, a tubulin homolog protein highly conserved in prokaryotic cells, which is involved in the cell division process. Recently, many natural and synthetic compounds able to inhibit this protein in multi-drug resistant Staphylococcus aureus (MRSA) have been identified. Due to the high sequence identity of this protein, it is possible to harness these compounds for the synthesis of novel active molecules against Mab. In this work, we report the cloning and production of FtsZ, encoded by MAB_2009 gene in Mab, in recombinant form in Escherichia coli, and the characterization of a potential inhibitor of this protein.

Mycobacterium abscessus (Mab) è un micobatterio non tubercolare (NTM) ubiquitario nell’ambiente e che negli ultimi anni ha provocato un numero sempre maggiore di infezioni come patogeno opportunista, soprattutto in individui immunocompromessi e che presentano patologie preesistenti. Questo NTM risulta particolarmente pericoloso per i pazienti affetti da fibrosi cistica (CF), in cui la funzionalità polmonare è compromessa, portando a infezioni croniche alle vie respiratorie, che possono portare anche alla morte. Le elevate tempistiche richieste e il basso tasso di successo dell’attuale terapia raccomandata per i pazienti CF, uniti all’elevata resistenza intrinseca di questo microrganismo rendono fondamentale lo sviluppo di nuovi farmaci più efficaci. Un approccio fondamentale per la ricerca di nuovi composti antimicrobici è l’individuazione di nuovi bersagli, che permette di superare i fenomeni di resistenza sviluppati da Mab a causa anche dell’uso prolungato e talvolta scorretto degli antimicrobici attualmente impiegati. Questi ultimi agiscono principalmente inibendo la sintesi proteica, la sintesi degli acidi nucleici (DNA e RNA) e la biosintesi della parete. Risulta cruciale, quindi, l’identificazione di bersagli in altre vie metaboliche, che risultino essenziali alla vitalità del batterio, ma non siano presenti nelle cellule eucariotiche, per evitare fenomeni di tossicità. Un candidato promettente è FtsZ, una proteina omologa della tubulina altamente conservata nelle cellule procariotiche, coinvolta nel processo di divisione cellulare. Recentemente sono stati individuati diversi composti sia naturali che sintetici in grado di inibire questa proteina in ceppi di Staphylococcus aureus con multi-resistenze (MRSA). Vista l’elevata identità di sequenza di questa proteina tra i batteri, è possibile sfruttare i composti così individuati per la sintesi di nuovi composti che risultino attivi anche contro Mab. In questo lavoro si riporta il clonaggio e la produzione di FtsZ, codificata dal gene MAB_2009 in Mab, in forma ricombinante in cellule di Escherichia coli, e la caratterizzazione di un potenziale inibitore di questa proteina.