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Realizzata la prima proteina artificiale

Grazie ad un sofisticato algoritmo computerizzato, un gruppo di ricercatori è riuscito a progettare e realizzare in laboratorio una nuova proteina che non ha uguale in natura

Grazie ad un sofisticato algoritmo computerizzato, un gruppo di ricercatori è riuscito a progettare e realizzare in laboratorio una nuova proteina che non ha uguale in natura. Un risultato che secondo David Baker, responsabile delle ricerche realizzate presso l’Howard Hughes Medical Institute di Washington, dischiude la possibilità in un futuro molto prossimo di sviluppare proteine ed enzimi artificiali da impiegare come medicinali o come catalizzatori in processi chimici industriali. Il risultato delle ricerche di Baker e dei suoi colleghi, pubblicati nel numero di novembre di Science rappresentano la sintesi di una collaborazione tra diversi centri di ricerca.
Le proteine sono presenti in tutte le forme di vita e come indica il loro nome hanno un ruolo di “primaria” importanza per gli esseri viventi. Chiamate così per la prima volta da J.J. Berzelius, sono particolarmente abbondanti negli organismi animali in cui oltre a svolgere funzioni di catalisi chimica (enzimi), difesa (anticorpi) o regolazione (anticorpi) hanno anche funzioni plastiche e di sostegno. In natura esistono moltissime proteine e si calcola che il solo corpo umano ne contenga oltre 100.000.
Le proteine vengono inizialmente sintetizzate come lunghe catene di aminoacidi e il loro corretto funzionamento non può avvenire prima che queste strutture non si siano ripiegate su se stessa a formare una complessa struttura tridimensionale. Riuscire a capire e prevedere i processi che guidano la formazione di queste configurazioni è uno dei problemi centrali della biologia. Progettare una proteina per poi realizzarla praticamente, rappresenta quindi una verifica fondamentale del livello di conoscenze che oggi possediamo sulle forze e sulle distribuzioni energetiche presenti all’interno dei sistemi macromolecolari. In questo modo si potrebbe verificare ad esempio se tutte le proteine oggi esistenti rappresentano un preciso limite evoluzionistico tra tutte le possibili strutture che si sono formate partendo da un numero ben definito di elementi base, oppure se esistono opzioni che solo il caso ha impedito di realizzare. La realizzazione di queste macromolecole artificiali potrebbe avere anche un sicuro effetto pratico. Le proteine, come vere e proprie macchine molecolari sarebbero progettate in modo da riuscire a svolgere precise funzioni chimiche e biologiche, portando ad una vera e propria rivoluzione in campo medico.
La sfida di riuscire a progettare una struttura tridimensionale composta di una precisa sequenza di aminoacidi rappresenta un obiettivo estremamente difficile. Come in un intricato labirinto, non è detto che partendo dalla forma finale che dovrà assumere la proteina si possa realmente identificare una sequenza in grado di adattarsi perfettamente a quella struttura. A tal fine diventa indispensabile utilizzare un metodo computazionale in grado di analizzare tra diverse strutture molto simili tra loro, quella che realmente può essere ottenuta utilizzando una sequenza di amino acidi. I ricercatori hanno dovuto perciò sviluppare un algoritmo in grado di risolvere un complicato puzzle tridimensionale. Infatti, ogni posizione nello spazio può essere occupata da uno dei venti amino acidi presenti in natura e per ognuno di questi deve essere valutata una delle dieci differenti forme che questo può assumere. Con queste condizioni, è possibile che alcune strutture proteiche non possano essere riprodotte in alcun modo ed è quindi necessario modificarne la forma fino ad ottenere un risultato plausibile. Il problema pratico è che il numero di configurazioni alternative da valutare è incredibilmente elevato e quindi per raggiungere un risultato in tempi ragionevoli è indispensabile utilizzare dei criteri efficaci di approssimazione.
Per verificare la validità del loro metodo computazionale i ricercatori hanno progettato una proteina globulare, con una conformazione chiamata dagli specialisti di tipo alpha/beta, mai riscontrata in natura. Iterando più volte il loro “Rosetta Design Program” hanno stabilito la sequenza di amino acidi in grado di minimizzare l’energia per quella data struttura, producendo come risultato finale una proteina composta da 93 amino acidi, indicata con il nome di Top7. Questa proteina è stata quindi sintetizzata in laboratorio per esaminarne la struttura mediante una tecnica chiamata x-ray crystallography. I dati raccolti così raccolti hanno permesso di confermare che la conformazione tridimensionale della proteina coincide fedelmente con le previsioni teoriche del modello. La prossima sfida per Baker, è ora quella di disegnare e sintetizzare una proteina capace di realizzare delle funzioni specifiche

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