Il programma di ricerca coordinato dalla Prof.ssa Paola Cescutti è focalizzato sullo studio di polisaccaridi batterici sia per quel che riguarda le caratteristiche strutturali e conformazionali che per il loro impatto sulla vita batterica. Recentemente, la maggior parte degli sforzi di ricerca sono stati dedicati alla caratterizzazione dei polisaccaridi prodotti nei biofilm batterici e alla loro interazione con altre molecole, come quelle del quorum sensing. Tra le metodologie sperimentali utilizzate quelle più importanti sono: tecniche cromatografiche, gas-cromatografia accoppiata a MS, spettroscopia NMR, spettrometria di massa ESI.
Questi studi sono condotti su diverse specie di batteri patogeni opportunisti fra cui quelle appartenenti al complesso della Burkholderia cepacia e Klebsiella pneumoniae.
Collabora inoltre con partner industriali internazionali per l'analisi chimica di vaccini glicoconiugati.
Tutte le attività all'interno di questo programma sono organizzate in due linee di ricerca:
Determinazione della struttura di polisaccaridi extracellulari batterici
Dal momento che i polisaccaridi extracellulari sono localizzati attorno alle cellule batteriche, essi interagiscono principalmente con l'ambiente. La loro struttura è quindi modulata per proteggere i batteri dalle minacce esterne e per interagire con una varietà di agenti molecolari diversi. Comprendere la loro struttura e il modo in cui interagiscono è importante per progettare possibili strategie antibatteriche.
Le indagini sono focalizzate sulle specie del complesso della Burkholderia cepacia, responsabili di gravi infezioni polmonari in pazienti affetti da fibrosi cistica e su specie batteriche multiresistenti (MDR), come alcuni ceppi di Klebsiella pneumoniae.
La determinazione della struttura primaria dei polisaccaridi è ottenuta sia mediante reazioni chimiche (analisi di alditoli acetilati, analisi di metilazione, degradazione sito specifica, depolimerizzazione enzimatica) seguite da opportune analisi, che utilizzando NMR bidimensionale e spettrometria di massa ESI.
La conformazione e la morfologia dei polisaccaridi sono studiate mediante diverse tecniche spettroscopiche (CD, fluorescenza) e microscopia moderna, come AFM.
Composizione e struttura di biofilm batterici
La formazione dei biofilm batterici è un grave problema nelle infezioni ed è un importante fattore di virulenza. Quando sono incorporate nel biofilm, le colonie batteriche mostrano un'elevata tolleranza allo stress ambientale, inclusa una maggiore resistenza agli antibiotici e ai componenti del sistema immunitario dell’ospite. La comprensione dell'architettura molecolare dei biofilm da un punto di vista biofisico e biochimico potrebbe costituire un importante progresso per lo sviluppo di nuove vie terapeutiche basate sulla distruzione del biofilm e volte ad evitare l'induzione della resistenza agli antibiotici nei batteri, un grosso problema di cui si occupano le principali agenzie sanitarie nazionali ed internazionali.
I biofilm prodotti dalle specie del complesso della Burkholderia cepacia e da ceppi di Klebsiella pneumoniae sono ottenuti in condizioni diverse e su diversi terreni di crescita. La matrice del biofilm viene analizzata per il suo contenuto polisaccaridico e l'identità degli esopolisaccaridi estratti viene stabilita ricorrendo alla profonda conoscenza degli esopolisaccaridi prodotti dalla stessa specie in condizioni planctoniche. Sebbene i polisaccaridi siano solitamente solubili in acqua, all'interno della matrice del biofilm interagiscono con se stessi e altre molecole generando una rete gelatinosa insolubile. Queste interazioni sono studiate con una varietà di tecniche per comprendere i fattori che stabilizzano la matrice del biofilm e per prevedere possibili strategie di rottura del biofilm.
Recentemente, la Prof.ssa Cescutti ha ottenuto un finanziamento dal NIH (USA, P.I. Prof. J.W. Brady) per studiare i polisaccaridi del biofilm di Burkholderia multivorans e le loro interazioni con altre molecole, quali antibiotici e molecole del quorum sensing.
Il gruppo di ricerca collabora con molti colleghi italiani e stranieri:
Dr. Francesca Micoli (GSK Vaccines Institute for Global Health (GVGH) S.r.l.): determinazione della struttura di polisaccaridi per la preparazione di vaccini glicoconiugati.
Prof. Tim Tolker-Nielsen (Università di Copenaghen, Danimarca): composizione e struttura del biofilm.
Prof. Neil Ravenscroft (Università di Città del Capo, Sud Africa): determinazione della struttura di polisaccaridi.
Prof. Michelle Kuttel (Università di Città del Capo, Sud Africa): modellizzazione molecolare di polisaccaridi.
Prof. John W. Brady (Università di Cornell, Ithaca, USA): modellizzazione molecolare della matrice del biofilm.
Prof. Blaženka Kos (Università di Zagabria, Croazia): determinazione della struttura di polisaccaridi prodotti da specie diverse di Lactobacillus.
Prof. Anja Klančnik (Università di Lubiana, Slovenia): studio dei saccaridi di superficie prodotti da patogeni di origine alimentare.
