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Storie di successo dei progetti - Immagini cristalline della struttura molecolare delle proteine

Conoscere la struttura delle proteine fino al livello del singolo atomo è fondamentale per le applicazioni biotecnologiche come quella dei farmaci progettati su misura. Ora è stato lanciato il nuovo prodotto Naomi's Nucleants™ per produrre cristalli di alta qualità nel tentativo di creare la mappa della struttura molecolare di importanti proteine.

Salute

La specificità a livello molecolare è un prerequisito della progettazione razionale di prodotti farmaceutici. Affinché un farmaco riesca ad interferire con le cascate biochimiche cellulari, si deve fissare un gruppo funzionale specifico alla proteina bersaglio. In questo modo, può essere impedita una reazione indesiderata, o - al contrario - può essere attivato un percorso desiderato. Il modo migliore per determinare la struttura atomica di molti materiali è la cristallografia a raggi X, per produrre un'immagine tridimensionale degli elettroni. La difficoltà è sempre la stessa: come ottenere cristalli di alta qualità, un processo che ha inizio con la nucleazione, durante la quale si formano nuclei stabili. A questo punto i nuclei crescono e si differenziano in monocristalli di diffrazione. Pertanto, l'obiettivo di molti gruppi di ricerca era - e continua ad essere - creare un nucleante universale. Naomi's Nucleants™ rappresenta il migliore risultato finora raggiunto. Sostenuto dal progetto Opticryst nell'ambito del 6º Programma quadro, la professoressa Naomi Chayen, Biomolecular Medicine, Imperial College London, e i suoi colleghi si sono basati e hanno continuato il lavoro svolto in due decenni di ricerche multidisciplinari, per raggiungere una formulazione che induce la nucleazione di molte proteine, che finora presentavano problemi durante la cristallizzazione. I materiali testati in precedenza - prima di giungere a questo successo - includevano minerali, mica, alghe polverizzate e crini di cavallo. Sono stati scoperti tre principali fattori che stimolano la nucleazione: le superfici con carica elettrostatica, la rugosità e - forse il più importante - la presenza di pori. Il silicone poroso si è dimostrato un nucleante efficace durante i saggi eseguiti dalla professoressa Chayen e il suo team, incoraggiandoli ad esplorare ulteriormente questo campo specifico. Il risultato della ricerca è stata la scoperta dell'ingrediente principale di Naomi's Nucleants™: un vetro di gel bioattivo, mesoporoso e amorfo, conosciuto come biovetro. In linea con indagini fatte in precedenza, il materiale presenta pori di grandezze diverse - dai due ai dieci nanometri di diametro - e di una varietà di forme diverse. La dimensione dei pori è fondamentale: sono abbastanza piccoli da incoraggiarne il riempimento, ma anche abbastanza grandi da permettere la crescita una volta emerso il cristallo. Tra le proteine che possono essere cristallizzate con Naomi's Nucleants™ ci sono il modulatore della contrazione cardiaca e un ormone peptide che potrebbe essere usato nel controllo dell'appetito. Per quanto riguarda le possibili applicazioni nel campo dell'ecologia e della conservazione, potrebbero essere prodotti cristalli di proteine pigmentate naturali, derivanti dall'alga naturale e dal guscio dell'aragosta, che andrebbero a sostituire i pigmenti tossici o cancerogeni. Naomi's Nucleants™ funziona su un ampio spettro di pH, evita la formazione di gemellaggi (in cui due cristalli separati crescono uniti su un unico piano), contribuisce alla nucleazione controllata, e i cristalli prodotti sono facilmente staccabili. L'aspetto forse più importante di questo prodotto è che esso rappresenta un passo avanti importante verso un nucleante universale, facilitando la cristallizzazione di 14 proteine, il numero più alto mai registrato per un nucleante. Naomi's Nucleants™ può essere acquistato dalla Molecular Dimensions Limited, all'indirizzo http://moleculardimensions.com/. Il prodotto si trova sulla pagina iniziale sotto il titolo "Nucleation grains - the most effective of any tested." ed è elencato tra i nuovi prodotti (New Products). È straordinaria l'importanza di questo nuovo prodotto per la genomica strutturale e per la progettazione razionale di farmaci. Inoltre, le proteine sono gli attori cellulari di tutti gli organismi viventi, pertanto, la loro struttura molecolare può aprire la strada ad una miriade di applicazioni nel campo delle scienze biologiche.