Formiche e chimica farmaceutica.

Rinaldo Cervellati.

Fra le 13800 specie di formiche (su un totale stimato di 22000), famiglia Formicidae, un posto particolare va riservato alle tagliafoglie (Atta Fabricius), un genere della sottofamiglia Myrmicinae, comprendente specie diffuse nelle zone a clima tropicale del continente americano, in particolare nel Texas, nel Messico e nella parte settentrionale dell’America del sud.

Il genere Atta è noto soprattutto per le abitudini alimentari delle colonie che, come in molte altre specie di Myrmicinae, ricorrono a una forma avanzata di orticoltura, usano cioè coltivare il micelio di un fungo, di cui si nutrono, all’interno del formicaio, su un substrato formato da frammenti di foglie tagliate e altri residui vegetali.

Figura 1. Formiche tagliafoglie

Affinché i funghi crescano, le tagliafoglie tagliano e lavorare la vegetazione fresca (foglie, fiori ed erbe) che serviranno da substrato nutritivo per le loro colture fungine. Sono colonie eusociali[1], suddivise in regina (dimensioni 1 cm di lunghezza), operaie minori (2 mm), il cui compito è curare regina e prole e trattare i funghi della colonia e operaie maggiori (dal capo più grosso), il cui compito è raccogliere pezzi di foglie nell’ambiente esterno e di portarle al nido.

Figura 2. Operaie maggiori di Atta tagliafoglie

Ciascuna specie di Atta coltiva una precisa specie di fungo. Le operaie maggiori di queste specie tagliano le foglie con le mandibole e le trasportano al nido, dove le depositano nella camera di coltivazione. Esse possono trasportare una quantità di foglie tagliate fino a 3 volte il loro peso. Si può quindi dire che una versione di agricoltura è praticata da questa specie di formiche da 50 o 60 milioni di anni prima dell’uomo.

Tuttavia anche i funghi hanno nemici patologici, e gli scienziati pensavano che il meticoloso giardinaggio di queste specie di formiche tenesse i loro nidi liberi da agenti patogeni fungini.

Recentemente, gli scienziati hanno scoperto che le formiche sono in simbiosi con batteri (Pseudonocardia spp.), che contengono molecole che combattono tali invasori fungini. Fino ad ora, tuttavia, gli scienziati non erano stati in grado di individuare un singolo composto diffuso prodotto dai batteri che aveva proprietà antifungine.

Taise T.H. Fukuda, studentessa di dottorato all’Università di San Paolo (Brasile), insieme al gruppo di ricerca coordinato da Mônica T. Pupo (Univ. San Paolo) e Jon Clardy, della Harvard Medical School, hanno recentemente identificato il composto, chiamato attinimicina.

Figura 3. Taise T.H. Fukuda, Mônica T. Pupo e Jon Clardy

I simbionti batterici producono piccoli metaboliti specializzati che proteggono il giardino fungino da specifici patogeni fungini (Escovopsis spp.), e in cambio vengono nutriti dalle formiche ospiti. Un ampio studio sistematico sui nidi brasiliani, effettuato da Fukuda, ha portato alla scoperta della produzione diffusa di un agente antifungino potente ma trascurato da quasi due terzi di tutti i ceppi di Pseudonocardia da più siti in Brasile, l’attinimicina.

Figura 4. Struttura dell’attinimicina

Nel loro articolo, il gruppo di ricerca ha riportato la struttura dell’attinimicina, il suo cluster genico biosintetico putativo e la relazione evolutiva tra l’attinimicina e due peptidi correlati, oxachelin A e cahuitamicina A [1]. Tutti e tre i peptidi nonribosomiali sono isomeri strutturali con sequenze di peptidi primari differenti. L’attinimicina mostra un’attività antifungina ferro-dipendente contro specifici parassiti fungini ambientali. Ha mostrato una potente attività in vivo in un modello di infezione da Candida albicans di topo, paragonabile agli antimicotici contenenti azolo utilizzati clinicamente. Il rilevamento in situ di attinimicina, sia nei formicai sia sulle formiche operaie, supporta un ruolo ecologico per l’attinimicina nella protezione della cultivar fungina dai patogeni. La diffusione geografica del cluster genico biosintetico dell’attinimicina nella Pseudonocardia spp brasiliana stabilisce l’attinimicina come il primo metabolita specializzato dei batteri associati alle formiche con un’ampia distribuzione geografica.

Figura 5. Distribuzione geografica dell’antifungino [1]

David H. Sherman, un chimico farmaceutico presso l’Università del Michigan che studia prodotti naturali, definisce il lavoro “un’affascinante analisi dell’emergere di un agente antifungino unico, essenziale per la protezione delle formiche tagliafoglie e del loro approvvigionamento alimentare in una vasta regione dell’Amazzonia”.

Sebbene l’attinimicina sia probabilmente troppo strutturalmente complessa per un buon candidato farmacologico, Clardy afferma che avendo un nuovo meccanismo d’azione, potrebbe portare a nuove terapie antifungine.

*Questo post è stato ampliato da un breve articolo di B. Halford apparso il 20 gennaio su C&EN news.

Bibliografia

[1] Taise T.H. Fukuda et al., Specialized Metabolites Reveal Evolutionary History and Geographic Dispersion of a Multilateral Symbiosis., ACS Centr. Sci., 2020, DOI: 10.1021/acscentsci.0c00978


[1] L’eusocialità, il più alto livello di organizzazione della socialità, è definita dalle seguenti caratteristiche: cura della covata cooperativa (inclusa la cura della prole di altri individui), generazioni sovrapposte all’interno di una colonia di adulti e una divisione del lavoro in gruppi riproduttivi e non riproduttivi.

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