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L'ingegneria delle proteine utilizza tecniche di ricostruzione degli antenati

Molte persone associano gli antenati ai bisnonni e al lignaggio della propria famiglia. Tuttavia, data la natura dell'evoluzione, non sorprende il fatto che gli antenati molecolari delle nostre proteine siano spesso da ricercare in altre specie.
L'ingegneria delle proteine utilizza tecniche di ricostruzione degli antenati
I progressi compiuti nell'ambito dell'evoluzione molecolare hanno spinto i ricercatori a studiare i meccanismi alla base delle divergenze tra le famiglie di proteine e a concentrarsi sulle tecniche sperimentali che conducono alle resurrezioni o alle ricostruzioni degli antenati. Gli esperimenti condotti fino a oggi hanno dimostrato che gli antenati ricostruiti sono più suscettibili alla divergenza funzionale e più stabili in un intervallo di temperatura ampio, registrando maggiori possibilità di evoluzione rispetto ad altre famiglie di proteine. Sebbene il potenziale di sviluppo di mutanti creati geneticamente con nuove funzionalità sia elevato, le tecniche oggi disponibili presentano un ambito di applicazione troppo ridotto affinché questa idea possa trasformarsi in realtà.

Gli scienziati hanno avviato il progetto PROTEINARCHEOLOGY ("Protein archaeology: Reconstructed ancestors for protein engineering and crystallography"), finanziato dall'UE, allo scopo di elaborare metodologie basate su capacità potenziate. Le tecniche di resurrezione degli antenati sviluppate nell'ambito del progetto sono state applicate a due famiglie di proteine per isolare cloni attivi con un'attività catalitica superiore. Per queste operazioni è bastato analizzare 200-300 varianti rispetto alle migliaia di varianti richieste dai classici esperimenti sull'evoluzione controllata. Le biblioteche ancestrali rappresentano pertanto un importante punto di partenza per l'ingegneria degli enzimi nell'ottica del potenziamento della funzionalità catalitica nelle varianti generate, caratterizzate da maggiori livelli di stabilità e di solubilità.

Gli scienziati hanno inoltre impiegato le tecniche sviluppate allo scopo di far luce sui meccanismi evolutivi delle proteine chelanti il fosfato (PBP). Il legame del fosfato è una funzione osservata in organismi ancestrali. Le PBP, che registrano un'enorme affinità con il fosfato, svolgono un ruolo critico per il processo cellulare di base dell'assorbimento di questa sostanza. I ricercatori hanno condotto la caratterizzazione biochimica e strutturale dettagliata di cinque proteine chelanti il fosfato, dimostrando che questa famiglia di molecole è soggetta a una pressione di selezione dovuta all'elevata affinità con il fosfato e a un livello di selettività estremamente alto. Nell'ambito dei lavori pionieristici condotti dagli esperti, è stato dimostrato il meccanismo alla base di questa straordinaria selettività. Ciò fornisce strumenti utili ai fini dello sviluppo di terapie farmacologiche ultraselettive, nonché di tante altre molecole di rilevanza industriale e altamente specifiche.

L'iniziativa PROTEINARCHEOLOGY ha aperto la strada a tecniche di ingegneria delle proteine estremamente efficienti, che registrano implicazioni di ampia portata per la chimica industriale e la terapeutica. Il potenziale di queste risorse consentirà inoltre di scoprire i meccanismi alla base dell'evoluzione molecolare e dei fattori che la guidano.

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