Tra le proprietà che rendono la sericina così interessante spiccano la sua capacità filmogena, ovvero l'abilità di formare pellicole sottili e continue su superfici biologiche, la sua natura idrofila che facilita l'interazione con ambienti acquosi e tessuti umidi, e le sue documentate attività antimicrobiche che si estendono a un ampio spettro di patogeni. Particolarmente promettente risulta l'applicazione di questa proteina nell'ambito della salute delle vie respiratorie, un settore che rappresenta un'area di ricerca in rapida espansione, soprattutto considerando il crescente interesse per strategie preventive e terapeutiche innovative nel contesto delle infezioni polmonari, fenomeno reso ancora più urgente dalle recenti pandemie e dalla crescente resistenza antimicrobica. L'apparato respiratorio, costantemente esposto a una miriade di agenti potenzialmente nocivi attraverso l'aria che respiriamo, necessita di sistemi di protezione efficaci e ben tollerati. La sericina, con il suo profilo di sicurezza favorevole e le sue molteplici funzioni biologiche, potrebbe rappresentare una risposta naturale e sostenibile a questa esigenza, configurandosi come un'innovativa frontiera nella protezione delle mucose respiratorie e nella gestione delle infezioni polmonari.
Struttura biochimica e proprietà funzionali
La sericina si distingue per una composizione aminoacidica peculiare, caratterizzata da un'abbondanza straordinaria di residui amminoacidici polari, in particolare serina, che può costituire fino al 30% della sequenza proteica, treonina e acido aspartico, ai quali si aggiungono quantità significative di glicina e altri amminoacidi idrofili. Questa particolare architettura molecolare non è casuale, ma riflette l'evoluzione funzionale della proteina nel contesto del bozzolo serico, dove la sericina svolge il ruolo di "collante" naturale che tiene insieme i filamenti di fibroina, la componente strutturale principale della seta.
Le proprietà idrofile derivanti da questa composizione conferiscono alla sericina un'elevata capacità di legare molecole d'acqua, creando attorno a sé un microambiente idratato che risulta fondamentale per le sue funzioni biologiche. Questa caratteristica si traduce nella capacità di formare film protettivi continui quando applicata su superfici biologiche, pellicole che mantengono un equilibrio ottimale tra permeabilità selettiva e protezione fisica. La struttura tridimensionale della sericina, caratterizzata da regioni di struttura casuale alternate a segmenti con organizzazione secondaria, le permette di adattarsi conformazionalmente alle superfici con cui interagisce, massimizzando l'adesione e l'efficacia protettiva.
Dal punto di vista funzionale, la sericina manifesta un ventaglio impressionante di attività biologiche che vanno ben oltre le sue proprietà meramente fisiche. L'attività antiossidante, ampiamente documentata in letteratura, deriva dalla presenza di gruppi funzionali capaci di neutralizzare specie reattive dell'ossigeno e radicali liberi, fenomeni particolarmente rilevanti nei processi infiammatori che accompagnano le infezioni respiratorie. I residui di serina e treonina, con i loro gruppi ossidrilici, possono agire come donatori di elettroni, mentre gli amminoacidi aromatici, sebbene presenti in quantità minori, contribuiscono alla capacità di assorbire e dissipare l'energia associata alle specie reattive.
L’attività antibatterica di questa proteina rappresenta un altro aspetto di grande interesse, attribuibile a meccanismi multipli che includono l'alterazione dell'integrità della membrana batterica, l'interferenza con processi metabolici essenziali e la capacità di chelare ioni metallici necessari per la crescita microbica. Studi hanno dimostrato che la sericina può compromettere la formazione di biofilm batterici, strutture complesse che rappresentano una delle principali cause di resistenza agli antibiotici convenzionali e di cronicizzazione delle infezioni respiratorie.
Protezione mucosale dell'epitelio respiratorio
L'epitelio delle vie respiratorie costituisce un sistema di difesa estremamente sofisticato e multilivello, rappresentando la prima e più critica linea di difesa contro l'immensa varietà di agenti patogeni inalati, particolato atmosferico e inquinanti ambientali che quotidianamente minacciano l'integrità del sistema respiratorio. Questo epitelio specializzato è composto da diversi tipi cellulari, tra cui cellule ciliate, cellule caliciformi produttrici di muco, cellule basali staminali e cellule immunitarie residenti, organizzati in una struttura pseudostratificata che ottimizza le funzioni di barriera, clearance mucociliare e risposta immunitaria.
Il muco respiratorio, prodotto principalmente dalle cellule caliciformi e dalle ghiandole sottomucosali, forma uno strato fluido e viscoelastico che intrappola particelle, microrganismi e sostanze nocive, permettendone l'eliminazione attraverso il movimento coordinato delle ciglia. Questo sistema mucociliare, tuttavia, può essere compromesso da numerosi fattori, tra cui infezioni virali e batteriche, esposizione a inquinanti atmosferici, fumo di tabacco, condizioni ambientali sfavorevoli come aria eccessivamente secca o fredda, e stati patologici cronici come l'asma o la broncopneumopatia cronica ostruttiva.
L'applicazione topica di sericina sulle mucose respiratorie può contribuire in modo significativo alla protezione e al mantenimento dell'integrità funzionale di questo complesso sistema attraverso molteplici meccanismi interconnessi. La formazione di un film protettivo continuo, determinata dalle proprietà filmogene della proteina, crea una barriera fisica semipermeabile che si interpone tra l'ambiente esterno potenzialmente ostile e la delicata superficie epiteliale. Questo film, pur mantenendo la permeabilità necessaria per gli scambi gassosi e il trasporto di molecole fisiologiche, riduce significativamente la disidratazione dell'epitelio, fenomeno particolarmente critico in ambienti secchi o durante la respirazione orale, e preserva l'integrità della barriera cellulare proteggendo le giunzioni intercellulari che rappresentano punti vulnerabili per la penetrazione microbica.
L'effetto idratante della molecola risulta particolarmente rilevante considerando che la corretta idratazione del muco è essenziale per mantenere le sue proprietà reologiche ottimali. Un muco eccessivamente denso e disidratato compromette la clearance mucociliare, favorendo il ristagno di secrezioni e la colonizzazione batterica. La capacità della sericina di legare e trattenere acqua contribuisce a mantenere il corretto equilibrio idrico della superficie mucosale, supportando la funzionalità del sistema di clearance naturale.
In condizioni infiammatorie o infettive, quando l'alterazione del muco e dell'epitelio favorisce la penetrazione microbica e l'aggravarsi del danno tissutale, l'intervento protettivo della sericina assume un valore ancora maggiore. Durante le infezioni respiratorie, l'epitelio subisce danni diretti causati dai patogeni e danni collaterali derivanti dalla risposta infiammatoria dell'ospite. Le cellule epiteliali infettate possono andare incontro a morte cellulare programmata, le giunzioni intercellulari si indeboliscono aumentando la permeabilità paracellulare, e la composizione del muco si altera con aumento della viscosità e riduzione delle proprietà antimicrobiche. In questo contesto, il film di sericina può agire come una sorta di "cerotto biologico" temporaneo, riducendo l'esposizione delle cellule danneggiate a ulteriori insulti e supportando i processi riparativi endogeni.
Inoltre, la sericina sembra esercitare effetti diretti sulla vitalità e sulla funzionalità delle cellule epiteliali. Studi in vitro hanno dimostrato che la proteina può stimolare la proliferazione cellulare e la produzione di proteine della matrice extracellulare, processi fondamentali per la riparazione tessutale. La sua attività antiossidante protegge le cellule dallo stress ossidativo indotto dall'infiammazione, mentre le sue proprietà antinfiammatorie, mediate in parte dalla modulazione di citochine pro-infiammatorie, contribuiscono a limitare il danno tessutale secondario alla risposta immunitaria eccessiva.
Attività antimicrobica e potenziale antivirale
Le proprietà antimicrobiche della proteina della seta sono state oggetto di numerosi studi in vitro che hanno progressivamente delineato un quadro complesso di meccanismi d'azione attraverso i quali questa proteina naturale esercita effetti inibitori su un ampio spettro di microrganismi patogeni. La capacità di inibire la crescita sia di batteri Gram-positivi, come Staphylococcus aureus e Streptococcus pneumoniae, sia di batteri Gram-negativi, come Pseudomonas aeruginosa ed Escherichia coli, suggerisce meccanismi d'azione che non dipendono esclusivamente dalla struttura della parete cellulare batterica, ma coinvolgono bersagli molecolari e processi biologici più fondamentali.
Il meccanismo antibatterico sembra operare su molteplici fronti. In primo luogo, la sericina può interagire elettrostaticamente con la superficie batterica, ricca di cariche negative, alterando l'integrità della membrana cellulare e causando perdita di componenti intracellulari essenziali. Questo effetto membranotropico è particolarmente pronunciato contro batteri in fase di crescita attiva, quando la membrana è più dinamica e vulnerabile. Inoltre, la capacità della sericina di chelare ioni metallici come ferro, zinco e magnesio, cofat tori essenziali per numerosi enzimi batterici, può compromettere processi metabolici fondamentali, rallentando la crescita microbica o causando morte cellulare.
Più recentemente, l'attenzione della comunità scientifica si è focalizzata sul potenziale antivirale della sericina. Le evidenze preliminari suggeriscono che la sericina possa interferire con diverse fasi del ciclo replicativo virale, dall'attacco iniziale alla cellula ospite fino alla liberazione di nuove particelle virali.
Il meccanismo antivirale più studiato riguarda l'interferenza con l'adesione del virus alle cellule ospiti. Molti virus respiratori, inclusi influenza, coronavirus e virus respiratorio sinciziale, utilizzano glicoproteine di superficie per riconoscere e legare specifici recettori cellulari, processo essenziale per l'infezione. La sericina, con la sua struttura ricca di gruppi idrofili e carica superficiale, potrebbe competere per il legame ai recettori cellulari o interagire direttamente con le proteine virali, alterandone la conformazione e riducendone l'affinità per i recettori. Questo meccanismo di "inibizione competitiva" o "mascheramento molecolare" rappresenterebbe una strategia antivirale elegante che non richiede l'ingresso della molecola protettiva all'interno della cellula e che potrebbe risultare efficace contro diversi tipi di virus respiratori.
Nel contesto specifico delle infezioni respiratorie, tale meccanismo potrebbe avere un impatto significativo riducendo la carica virale locale nelle prime fasi dell'infezione, momento critico che determina spesso la severità della malattia. Limitando l'infezione delle cellule epiteliali delle vie aeree superiori, la sericina potrebbe ridurre la progressione dell'infezione verso i distretti polmonari più profondi, dove le complicanze possono diventare gravi o addirittura fatali. Inoltre, riducendo il numero di cellule infettate, si limiterebbe anche la produzione di mediatori infiammatori responsabili dei sintomi e del danno tessutale associato alle infezioni virali respiratorie.
Alcuni studi hanno anche suggerito che la sericina potrebbe stimolare risposte immunitarie innate nelle cellule epiteliali respiratorie, aumentando la produzione di interferoni e altre citochine antivirali che conferiscono uno stato di resistenza all'infezione. Questo effetto immunomodulatorio aggiungerebbe un ulteriore livello di protezione, complementare all'attività antivirale diretta, creando un ambiente mucosale meno favorevole alla replicazione virale.
