La struttura nodosa e 3D sullo schermo di fronte a Rachel Green mostrava un incidente d'auto intracellulare mai visto prima dagli scienziati. Ha anche confermato un'ipotesi su cui un team nel suo laboratorio stava lavorando da mesi.

Ma all'inizio Green non era così impressionato. "Questo è tutto?" ricorda di aver pensato in modo ironico.

Era l'inizio del 2021 ed era in anno sabbatico, lavorando all'Università Ludwig Maximilian di Monaco con il suo amico e collaboratore, Roland Beckmann. Green, un ricercatore dell'Howard Hughes Medical Institute presso la Johns Hopkins University, gli aveva parlato di un progetto nel suo laboratorio che esplorava un mistero biologico di vecchia data. Stavano cercando di colmare una lacuna fondamentale nelle conoscenze degli scienziati su come le cellule batteriche rispondono ai problemi di sintesi proteica. Poiché le cellule hanno bisogno di proteine ​​per quasi tutto ciò che fanno, questa risposta è fondamentale per il normale funzionamento.

La squadra di Green aveva una buona idea di quello che stava succedendo, ma non aveva le istantanee per dimostrarlo. Beckmann, un biologo strutturale, era incuriosito. Utilizzando una tecnica chiamata microscopia crioelettronica, il suo team ha rivelato cosa succede sulla scena, cioè se sapessi cosa cercare.

"Quando ti mostrano per la prima volta una struttura, non puoi davvero dire cosa sia perché tutto è grigio", dice Green. "Roland indicò un piccolo blob e disse:'Guarda, eccolo!'"

La sua squadra sospettava che il "piccolo blob" agisse come un primo soccorritore molecolare che si presentava all'incidente. Le immagini di Beckmann hanno confermato l'identità della molecola e presentato nuove informazioni su come funziona questa operazione di salvataggio, un metodo di controllo della qualità per i batteri. Beckmann, Green e un gruppo di scienziati nel suo laboratorio guidato da Allen Buskirk hanno descritto per la prima volta la ricerca in un preprint su bioRxiv.org e successivamente sulla rivista Nature il 9 marzo 2022. Il lavoro potrebbe offrire indizi su come altri organismi più complessi, forse anche gli esseri umani, mantengono la produzione di proteine ​​sulla buona strada.

Le macchine molecolari conosciute come ribosomi seguono letteralmente le istruzioni codificate in un filamento lineare di materiale genetico. Mentre viaggiano lungo il filo, costruiscono una proteina. A volte, però, questo macchinario non funziona correttamente.

Ricerche precedenti sul lievito, le cui cellule assomigliano a quelle degli animali, avevano dimostrato che i ribosomi si bloccano quando si mettono nei guai. Come un'auto che si ferma troppo all'improvviso, un ribosoma in stallo può essere tamponato da quello dietro. Il laboratorio di Green aveva precedentemente identificato una molecola di lievito che risponde a queste collisioni. Come un minuscolo Jaws of Life, la molecola libera il ribosoma in stallo. È il primo passo in uno sforzo di salvataggio che alla fine consente alle cellule di recuperare e riutilizzare queste preziose macchine per la produzione di proteine.

Anche i ribosomi delle cellule batteriche possono incepparsi, ma gli scienziati dubitano che i batteri rispondano alle collisioni allo stesso modo del lievito. Questo perché i ricercatori sapevano già che i batteri hanno il loro metodo distinto per salvare i ribosomi distrutti, afferma Jamie Cate, biochimico e biologo strutturale dell'Università della California, Berkeley, che non è stato coinvolto nel progetto.

Nessuno sapeva esattamente cosa avesse dato il via allo sforzo di salvataggio batterico, ma si aspettavano che sarebbe stato qualcosa di completamente diverso dal lievito, dice Cate. Invece, la nuova ricerca suggerisce che sia i batteri che i lieviti avviano questo processo allo stesso modo, evocando i primi soccorritori simili a lame.

"La cosa interessante è che entrambe le molecole riconoscono i ribosomi che si sono scontrati l'uno nell'altro", afferma Cate.

Nel laboratorio di Green a Baltimora, Buskirk e il primo autore Kazuki Saito hanno identificato il primo soccorritore nei batteri come una molecola chiamata SmrB e hanno esplorato come svolgesse il suo lavoro. La struttura di Beckmann "era l'ultimo pezzo del puzzle", afferma Buskirk.

Il gruppo di Beckmann ha catturato le prime immagini in assoluto di una collisione tra due ribosomi batterici, quindi le ha codificate a colori in modo che i loro componenti non andassero persi in un mare di grigio. Dopo aver aggiunto SmrB al campione contenente i ribosomi, il team ha visto la molecola apparire al centro dell'incidente.

Esperimenti biochimici hanno rivelato che SmrB, come la sua controparte di lievito, taglia i ribosomi distrutti. E non solo le due molecole condividono una descrizione del lavoro, il batterio SmrB e la sua controparte di lievito sono anche parenti stretti, ha scoperto il team. I ricercatori non sono ancora stati in grado di visualizzare come la versione del lievito interagisce con i ribosomi durante una collisione. Quindi, l'SmrB simile ma più semplice può dare agli scienziati un punto d'appoggio per capire come funziona il processo in altri organismi.

"Tutto il resto di questi percorsi di salvataggio è molto diverso", afferma Green. "Non ci aspettavamo di trovare un aspetto che sembra essere universale".