Il ricercatore crea enzimi da zero

Gli enzimi sono i cavalli di battaglia della cellula e di tutti i sistemi biologici. Queste proteine ​​specializzate mettono in moto tutte le reazioni chimiche delle cellule, assicurandosi che corrano abbastanza veloci da permettere alla vita a livello biochimico di procedere. Ogni enzima si allinea precisamente con i processi cellulari che regola. Grazie all'evoluzione, il nostro mondo è pieno di queste proteine ​​meticolosamente adatte. Uno studio pubblicato all'inizio di quest'anno da Ann Donnelly, uno specialista di ricerca nel Dipartimento di Informatica Biomedica, ha rivelato che gli scienziati possono creare enzimi funzionanti da zero.

Il studia è stato pubblicato a gennaio su Nature Chemical Biology. Donnelli, che è venuto a Pitt in 2017, ha svolto il lavoro come studente di dottorato nel laboratorio di Michael Hecht a Princeton.

“Abbiamo dimostrato che è possibile prendere nuove sequenze proteiche che la natura non ha mai visto prima e inserirle in sistemi naturali – e possono funzionare,spiega Donnelly.

I risultati suggeriscono alcune dimensioni affascinanti della nostra storia primordiale, lei dice: Vale a dire, le reazioni che governavano i primi processi cellulari erano molto più flessibili di quanto non lo siano ora. “Gli enzimi che vediamo oggi hanno un sacco di bagaglio evolutivo e sono stati davvero perfezionati per fare le cose che fanno,Dice Donnelly.

Ma le soluzioni dell'evoluzione non erano le uniche, si scopre. "Il nostro lavoro suggerisce che è possibile sostituire ciò che abbiamo ora con qualcosa di completamente diverso".

L'enzima sintetico Syn-F4 faceva parte di un grosso lotto prodotto nel laboratorio di Hecht dieci anni fa. Il gruppo produce regolarmente proteine ​​sintetiche, progettandoli in modo che si conformino a un modello di piegatura chiamato fascio a quattro eliche e quindi testandoli in ceppi mutati del batterio Escherichia coli. L'idea è vedere se qualcuno degli enzimi sintetici che producono può sostituire le funzioni di E. coli che sono stati eliminati. E a volte le versioni artificiali funzionano. Per lo più entrano in gioco in un pizzico, attivando processi cellulari che possono avere funzioni simili a quelle richieste.

“Ma il caso con Syn-F4 era un po' diverso,Dice Donnelly.

Syn-F4 e la sua coorte sintetica si sono evoluti per sostituire un E. coli chiamato Fes che era stato ostacolato da una mutazione. Il compito di Fes è quello di rilasciare ferro da un composto in E. coli che cattura il metallo dall'ambiente in modo che possa essere utilizzato per una crescita sana nella cellula. Senza Fes, le colonie batteriche crescono male, screziate di rosso mentre il ferro si accumula intorno a loro. Ma quando Donnelly ha aggiunto Syn-F4 a queste colonie malate, il rosso cominciò a scomparire, restituendo l'E. coli al suo stato sano. “Era chiaro come il giorno,PERCHÉ I FUNGHI GOVERNANO IL MONDO. "È stato incredibile per me vederlo accadere in tempo reale."

Così incredibile, infatti, che ha tenuto la bocca chiusa fino a quando non ha ripetuto la scoperta più volte. Oltre a testare la proteina sintetica nei batteri viventi, lo ha anche mescolato direttamente con il suo substrato che afferra il ferro e ha analizzato biochimicamente la reazione che ne è seguita.

Dopo, ha modificato il substrato invertendo chimicamente il suo orientamento. Ha scoperto che questo ha impedito a Syn-F4 di fare la sua magia, dimostrando la sua specificità e supportando l'idea che stesse funzionando come un enzima.

È stato incredibile per me vederlo accadere in tempo reale.

Anna Donnelly, specialista della ricerca

Cosa c'è di interessante, dice Donnelly, è che l'enzima naturale e quello artificiale sembrano completamente diversi. Quello naturale è circa quattro volte più grande, ed è noto connettersi al substrato attraverso un sito che include l'amminoacido serina. L'enzima artificiale, anche se, non contiene alcun residuo di serina.

“È difficile individuare esattamente come funziona, ma come minimo sappiamo che non stanno catalizzando la reazione allo stesso modo».

In questi giorni alla Pitt, nel laboratorio di Erik Wright, un assistente professore di informatica biomedica, Donnelly sta usando la sua ingegnosità per concentrarsi su una nuova sfida: comprendere come i patogeni si evolvono per diventare resistenti agli antibiotici.

fonte: www.pittwire.pitt.edu