Laboratorio di Micobatteriologia

Micobatteriologia

Responsabili: Prof. Maria Rosalia Pasca (Professore ordinario), Giulia Degiacomi (Professore Associato)

Collaboratori: Deborah Recchia (Post-DOC), Alessandro Stamilla (Post-DOC), Ludovica Maci (Assegnista), Maria Concetta Marturano (Borsista)

 

1. Ricerca di nuovi farmaci antitubercolari e studio dei loro meccanismi di azione e di resistenza
La tubercolosi (TB) rimane una delle principali causa di mortalità dovuta a un singolo patogeno batterico, Mycobacterium tuberculosis. Infatti, la TB causata da ceppi di M. tuberculosis multi-resistenti ai farmaci (MDR e XDR) rappresenta una grave minaccia per la salute pubblica a livello mondiale. Vi è dunque un urgente bisogno di nuovi farmaci antitubercolari che possano contrastare il fenomeno della farmaco-resistenza. L’attività di ricerca del Laboratorio di Micobatteriologia si è concentrata sullo sviluppo di nuovi composti con attività antitubercolare nelle fasi dell’early drug discovery per identificarne e caratterizzarne i meccanismi d’azione e di resistenza. I sistemi di regolazione genica applicati a M. tuberculosis possono essere utili per la validazione di bersagli cellulari durante il processo di drug discovery. Inoltre, l’identificazione e la validazione di bersagli cellulari è fondamentale nel processo di caratterizzazione del meccanismo d’azione di tali composti. Grazie a sistemi di regolazione genica studiati appositamente per l’applicazione in M. tuberculosis è possibile costruire mutanti condizionali che possono essere usati anche nel processo di drug discovery.
Il Laboratorio di Micobatteriologia ha identificato il bersaglio cellulare dei benzotiazinoni (doi: 10.1126/science.1171583), che sono attualmente in fase II di sperimentazione clinica umana (Macozinone, BTZ043; https://www.newtbdrugs.org/pipeline/clinical). Grazie anche a collaborazioni intraprese durante i progetti finanziati dalla Commissione Europea, stiamo studiando il meccanismo di azione di nuovi composti attivi contro M. tuberculosis e stiamo validando nuovi bersagli cellulari di M. tuberculosis.
Collaborazioni:

  • Makarov V (Russian Academy of Science, Mosca, Russia);
  • Mikusova K (Università di Comenius, Bratislava, Slovacchia);
  • Baltas M (CNRS, Tolosa, Francia);
  • Lherbet C (Università Paul Sabatier-Toulouse III, Tolosa, Francia);
  • Manetti F (Dipartimento di Biotecnologie, Chimica e Farmacia, Università di Siena, Italia).

2. European Regimen Accelerator For Tuberculosis (ERA4TB; IMI 2 - Horizon 2020)
Dal 2020, il Laboratorio di Micobatteriologia è uno dei 31 partner del progetto finanziato dalla Commissione Europea “European Regimen Accelerator For Tuberculosis” (ERA4TB; IMI 2 - Horizon 2020; 1° gennaio 2020-31 dicembre 2026), che coinvolge enti pubblici e privati con l’obiettivo di sviluppare almeno due o più nuovi regimi di combinazione di farmaci pronti per la fase II di sviluppo clinico (https://era4tb.org/). Il gruppo di Micobatteriologia ha potuto ampliare le proprie competenze al fine di valutare l’attività intracellulare di nuovi composti antitubercolari e/o anti-virulenza. In particolare, sono stati sviluppati e implementati il saggio del Granuloma-like structure (GLS) e il modello d’infezione ex-vivo con la linea cellulare THP-1. Abbiamo anche studiato il meccanismo d’azione di due composti attualmente in Fase 2 di sviluppo clinico (doi: 10.1016/j.isci.2023.106411) e stiamo caratterizzando il meccanismo d'azione di 4 composti antitubercolari, 3 dei quali sono già in Fase I della sperimentazione clinica.
Collaborazioni:

  • Cole ST (Pasteur Institute, Parigi, Francia);
  • Ramon-Garcia S (Università di Saragoza, Spagna);
  • Manganelli R (Dipartimento di Medicina Molecolare, Università di Padova, Italia);
  • Baulard A (Institut Pasteur de Lille, Lille, Francia);
  • Khisi Mdluli (Bill & Melinda Gates Medical Research, USA)
  • Natalia Serbina (TB Alliance, USA)

3. PNRR-PE13
Il Laboratorio di Micobatteriologia è anche parte del Progetto: “One Health Basic and Translational Research Actions” finanziato da MUR (PNRR Partenariati Estesi; PE13_INFACT_PNRR - U.A. 14.01; INF-ACT) (11/2022-02/2026).
Le principali attività in cui il Laboratorio è coinvolto sono l'implementazione di nuove strategie per combattere l'antimicrobico-resistenza in un contesto One Health italiano. In questo progetto stiamo studiando il meccanismo d'azione/resistenza di nuovi farmaci contro M. tuberculosis (linea di ricerca 1) e Mycobacterium abscessus (linea di ricerca 5).
Collaborazioni:

  • Manganelli R (Dipartimento di Medicina Molecolare, Università di Padova, Italia);
  • Manetti F (Dipartimento di Biotecnologie, Chimica e Farmacia, Università di Siena, Italia).

4. Sviluppo di strategie di coniugazione anticorpo-farmaco (ADC) per il controllo della tubercolosi (PRIN 2022)
M. tuberculosis risiede principalmente nei macrofagi dell'ospite che forniscono un rifugio ai batteri durante l'infezione. Per eradicare M. tuberculosis intracellulare stiamo sviluppando un approccio di coniugazione anticorpo-farmaco (antibody-drug conjugate, ADC) in collaborazione con la Prof.ssa Petricci e la Prof.ssa Bottai. Gli ADC sono stati sviluppati per il trattamento delle malattie oncologiche e recentemente adattati alle infezioni causate da Staphylococcus aureus/Pseudomonas aeruginosa e possono rappresentare un approccio innovativo per il trattamento della TB. La strategia ADC si basa sull'uso di anticorpi monoclonali (mAbs) collegati a un farmaco citotossico/antibiotico in modo da consentire una precisa veicolazione dei farmaci al bersaglio.
La mancanza di mAbs disponibili in commercio diretti contro le proteine della superficie cellulare di M. tuberculosis può ostacolare lo sviluppo degli ADC. Perciò, per identificare potenziali candidati bersaglio di molecole ADC, stiamo esprimendo, grazie a ceppi ricombinanti di M. tuberculosis, antigeni di superficie selezionati e modificati per avere come tag l’epitopo HA dell'emoagglutinina. Il tag HA è riconosciuto da mAbs commerciali anti-HA specifici. Gli anticorpi anti-HA saranno caricati con diversi payload (ovvero antibiotici anti-TB). Successivamente, i mAbs saranno valutati per la loro attività intracellulare in modelli in vitro ed ex vivo.
Collaborazioni:

  • Petricci E (Dipartimento di Biotecnologia, Chimica e Farmacia, Università di Siena, Siena);
  • Bottai D (Dipartimento di Biologia, Università di Pisa, Pisa)
  • Delogu G (Dipartimento di Scienze Biotecnologiche di Base, Cliniche Intensive e Perioperatorie, Università Cattolica del Sacro Cuore, Roma).

5. Valutazione dell'efficacia del nuovo antibiotico "VOMG" contro Mycobacterium abscessus (FFC#9/2023, PNRR-PE13)
Tra i micobatteri non tubercolari, Mycobacterium abscessus sta diventando il patogeno più diffuso e più preoccupante a livello globale poiché è associato al deterioramento cronico dei polmoni nelle persone con fibrosi cistica o altre malattie croniche polmonari. M. abscessus è inoltre intrinsecamente resistente a numerosi farmaci. Ad oggi non è stato sviluppato alcun antibiotico specifico per M. abscessus; perciò, sono necessari nuovi farmaci efficaci. Grazie ai progetti finanziati ottenuti dalla Fondazione italiana per la ricerca sulla Fibrosi Cistica (FFC#19/2018, FFC#14/2020, FFC#18/2021, FC#9/2023, PNRR-PE13), abbiamo caratterizzato la molecola denominata VOMG (Patent: PCT/EP2023/078712) come nuovo composto attivo contro M. abscessus e con un'attività ad ampio spettro contro altri patogeni (doi: 10.1016/j.ijantimicag.2024.107278). Abbiamo utilizzato un approccio multidisciplinare comprendenti analisi microbiologiche, chimiche, biochimiche e trascrittomiche per validare VOMG come promettente candidato anti-M. abscessus. VOMG inibisce la divisione cellulare, in particolare l'enzima FtsZ. Attualmente, grazie ai progetti FFC#9/2023 e PNRR-PE13 stiamo studiando nel dettaglio il meccanismo d’azione del VOMG e la divisione cellulare in M. abscessus.
Inoltre, stiamo testando nuove classi di composti contro M. abscessus, di cui se attive, studieremo il meccanismo di azione.
Collaborazioni:

  • Makarov V (Research Centre of Biotechnology RAS, Mosca, Russia);
  • Ramòn Garcia S. (Università di Zaragoza, Zaragoza, Spagna);
  • Cirillo D (IRCCS Ospedale San Raffaele, Milano).

6. Nuove strategie contro i micobatteri intracellulari (PRIN2020)
Nell’ambito del progetto PRIN2020 finanziato dal MUR, le interazioni ospite-patogeno sono studiate per progettare una strategia innovativa per eradicare M. abscessus e M. tuberculosis utilizzando un approccio multidisciplinare. In particolare, il Laboratorio di Micobatteriologia sta contribuendo al progetto investigando due sistemi di secrezione di tipo 7 presenti in M. abscessus (ESX-3 ed ESX-4) coinvolti nelle prime fasi dell’infezione mediante la costruzione e caratterizzazione di mutanti di M. abscessus che non producono le proteine effettrici.
Collaborazioni:

  • Rizzello L (Dipartimento di Scienze Farmaceutiche, Università degli Studi di Milano, Milano);
  • Manganelli R. (Dipartimento di Medicina Molecolare, Università di Padova, Padova).