Il programma di ricerca coordinato da  Marco Scocchi è focalizzato sullo studio della biologia e sull'uso biotecnologico di peptidi bioattivi naturali con proprietà antimicrobiche. I "peptidi di difesa ospite" (HDP) o peptidi antimicrobici (AMP) fanno parte del sistema immunitario innato degli eucarioti e partecipano all'eradicazione / prevenzione delle infezioni uccidendo i patogeni e/o stimolando il sistema immunitario. Gli obiettivi del team di ricerca sono:

Indagare il meccanismo molecolare dell'azione degli AMP. Diversamente dagli antibiotici, gli AMP colpiscono i batteri con molteplici modalità di azione. La ricerca ha lo scopo di chiarire questi meccanismi e comprendere il percorso di internalizzazione degli AMP nei batteri.

Sviluppare AMP come nuovi farmaci. Gli AMP mostrano caratteristiche interessanti come antimicrobici. Scopo del gruppo di ricerca è di ottimizzarli, combinando un'elevata attività antibatterica con bassa tossicità e una via di somministrazione affidabile.

Le attività del programma sono organizzate nei seguenti progetti:

1) Caratterizzazione ed ottimizzazione di peptidi antimicrobici arricchiti in prolina (PrAMPs)

La maggior parte dei peptidi antimicrobici (AMPs) inattiva i batteri bersaglio attraverso la formazione di pori o la destabilizzazione della membrana batterica, mentre altri, inclusi i peptidi antimicrobici ricchi in prolinaPrAMPs, attraversano la membrana batterica senza danneggiarla ed agiscono intracellularmente, compromettendo funzioni cellulari vitali. La maggioranza di PrAMPs agiscono interagendo con i ribosomi batterici ed ostacolando in questo modo la sintesi proteica.

Questo gruppo di ricerca ha isolato e studiato due PrAMPs di mammifero di 5 e 7 KDa chiamati rispettivamente Bac5 e Bac7, conservati nei granuli dei neutrofili e capaci, una volta rilasciati, di uccidere i batteri gram-negativi; questi peptidi vengono internalizzati tramite il trasportatore batterico SbmA e uccidono i batteri agendo sul ribosoma ed ostacolando l’apparato traduzionale.

Il nostro gruppo ha caratterizzato alcuni brevi frammenti di Bac5 e Bac7, scoprendo che questi peptidi conservavano il meccanismo d’azione dei peptidi originali. I frammenti più brevi di Bac5 e Bac7 che mantenevano attività antimicrobica significativa e basa citotossicità sono stati scelti per essere ottimizzati introducendo mutazioni nella sequenza peptidica e/o attaccando ai peptidi differenti molecole non peptidiche. Il nostro laboratorio sta al momento caratterizzando librerie di peptidi mutanti in vitro, con l’obiettivo di i) trovare brevi molecole derivate da Bac5 e Bac7, con combinazioni ottimali di attività antimicrobica, bassa citotossicità e stabilità nei fluidi biologici, e ii) testare le risultanti migliori molecole in modelli murini di infezione.

2) Sviluppo di biomolecole antiinfettive

Il rapido aumento di microrganismi multiresistenti (MDR) rappresenta una delle maggiori sfide nella gestione clinica delle malattie infettive. Pertanto, è urgente la necessità di trovare nuovi agenti antimicrobici per affrontare questo problema. Questa situazione è aggravata pure dalla capacità della maggior parte dei batteri di formare biofilm, che sono presenti in più del 60% delle infezioni e sono intrinsecamente resistenti agli antibiotici. In questo contesto, la nostra ricerca si concentra su tre diversi argomenti:

AMP per il trattamento delle infezioni polmonari -  L'80% dei pazienti con fibrosi cistica (CF) muoiono per insufficienza respiratoria causata da un'infezione batterica cronica. Abbiamo dimostrato che i peptidi antimicrobici (AMP) BMAP sono attivi in vitro e in vivo contro i ceppi di P. aeruginosa e S. maltophilia e inibiscono in vitro il biofilm, causa della maggior parte delle complicanze croniche polmonari nei pazienti CF. Il nostro team sta studiando l’attività del D-BMAP18, enantiomero D di un derivato sintetico, contro questi patogeni resistenti agli antibiotici e/o contro il biofilm, e le possibili modifiche per migliorarne l’attività nell'ambiente polmonare CF. Lo scopo ultimo di questa ricerca è di ottimizzare il peptide D-BMAP18 combinando un’elevata attività antimicrobica ad una bassa citotossicità consentendo così la sua somministrazione in vivo, al fine di ottenere un efficace agente antimicrobico per il trattamento delle infezioni polmonari associate alla CF. Per questo motivo stiamo lavorando ad una forma derivata da D-BMAP18 che dovrebbe essere attivata solo nel sito di infezione.

AMP contro i  patogeni emergenti: - A. baumannii e K. pneumoniae colonizzano i dispositivi medici causando fino al 50% delle infezioni polmonari associate alla ventilazione. Il nostro team sta studiando il potenziale degli AMP contro questi agenti patogeni resistenti agli antibiotici e/o contro il biofilm, per valutarne un loro utilizzo per prevenire la colonizzazione di superfici abiotiche dei dispositivi medici.

Numerosi studi indicano AMP come ottimi candidati nella lotta contro i microrganismi MDR, anche se la letteratura non riporta i loro effetti sui batteri sensibili se utilizzati a concentrazioni subinibitorie. In questo contesto, è in corso uno studio sugli effetti sub-tossici del PrAMP Bac7(1-35) sulla formazione del biofilm e sulla motilità di isolati clinici di A. baumannii.

Lipopeptidi - L’aggiunta di code lipidiche agli AMP si è dimostrata una strategia economica ed efficace per progettare efficaci composti peptidici di nuova generazione. Stiamo effettuando una valutazione microbiologica e tossicologica di una libreria di lipopeptidi antimicrobici cationici molto corti, allo scopo di massimizzarne l'attività antimicrobica riducendo al minimo l'effetto tossico per le cellule dell’ospite.