Verso la biodiversità artificiale
È un fatto peculiare che la complessità degli organismi viventi non vada di pari passo con la loro composizione chimica, relativamente semplice. Chiarire i meccanismi della biogenesi del DNA ha spinto gli scienziati a figurarsi la creazione sintetica di sistemi viventi. L’ingegneria genetica è sicuramente uno strumento notevole che permette alla biologia moderna di produrre virtualmente qualsiasi sostanza immaginabile in campo medico o di interesse industriale. I partner del progetto METACODE (Code-engineered new-to-nature microbial cell factories for novel and safety enhanced bio-production), finanziato dall’UE, hanno deciso di sfruttare l’ingegneria genetica dei microbi e produrre prodotti antimicrobici basati sui peptidi. A tal fine hanno reclutato la nuova chimica bio-ortogonale parallelamente all’ingegneria del codice genetico in ceppi microbici. L’obiettivo principale era generare molecole che potessero essere adattate a diversi processi di produzione fermentativa. I ricercatori hanno utilizzato anche la tecnologia basata su biotina-streptavidina per creare una metatesi metalloenzimatica artificiale che catalizzava la metatesi olefinica, una tipica reazione metallorganica assente dal repertorio dell’enzima naturale. La metatesi che si sviluppa ha un cofattore abiotico all’interno di uno scaffold di proteine (cioè un complesso rutenio-proteine) che può catalizzare la metatesi olefinica con diversi substrati nel periplasma di Escherichia coli. Gli scienziati hanno prodotto anche una tRNA sintetasi in grado di attivare un aminoacido competente per la metatesi che potrebbe essere incorporato nelle proteine ricombinanti. Abbinando ciò alla riprogettazione delle capacità metaboliche esistenti di Escherichia coli gli scienziati sono riusciti a insegnare alle cellule microbiche a sintetizzare da sole questi nuovi elementi di base. Hanno ottenuto ciò riassegnando determinati codoni del codice genetico per produrre aminoacidi artificiali. I cloni batterici creati da METACODE rappresentano fabbriche di sintesi che potrebbero eseguire reazioni di metatesi catalizzate dagli enzimi non presenti negli organismi viventi e potrebbero quindi servire da piattaforme per la produzione di nuovi prodotti antimicrobici basati sulle proteine. Il progetto ha dimostrato che l’evoluzione delle cellule sintetiche è realizzabile e che esse possono essere utilizzate come sistemi biologicamente isolati, vedere Inside Cover: Chemical Evolution of a Bacterial Proteome. Hanno dimostrato inoltre un complesso rutenio-proteine che può catalizzare la metatesi olefinica – una reazione tipicamente metallorganica senza equivalente in natura, ma che funziona in laboratorio. Ciò è stato possibile dal momento che il progetto ha sviluppato un sistema di screening unico all’interno del metacodice. Per i particolari, vedere Directed evolution of artificial metalloenzymes for in vivo metathesis.
Parole chiave
Biodiversità, biotecnologia, ingegneria genetica, prodotto antimicrobico, metalloenzima, metatesi, aminoacido, Escherichia coli
