La sintesi di zuccheri o carboidrati è importante per lo sviluppo di test diagnostici, vaccini e nuovi farmaci. In uno studio collaborativo, i ricercatori hanno sintetizzato carboidrati con enzimi attraverso una reazione finora poco studiata su queste biomolecole e che crea pochi sottoprodotti.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Natura chimica biologia , è stato guidato dalla ricercatrice Carme Rovira, ricercatore ICREA dell'IQTCUB, e Benjamin G. Davis, dall'Università di Oxford. Lo studio ha anche la partecipazione di Javier Iglesias-Fernández, ricercatore in formazione presso l'UB e primo autore dello studio in cui il supercomputer Mare Nostrum (del Barcelona Supercomputing Center, BSC-CNS) è stato utilizzato per creare simulazioni di dinamica molecolare multiscala.

La sintesi di zuccheri o carboidrati in laboratorio (sintesi chimica convenzionale) è solitamente costosa e richiede molto lavoro; quindi negli ultimi anni sono stati fatti molti sforzi per farlo con gli enzimi, che sono catalizzatori naturali. Però, gli enzimi che sintetizzano lo zucchero (chiamati glicosiltransferasi) sono difficili da manipolare. Questo è un ostacolo per lo sviluppo di potenziali farmaci che potrebbero essere usati per trattare numerose malattie legate agli enzimi carboidrati-attivi, come il diabete o alcuni tipi di cancro.

Oggi è cambiata l'idea classica dei carboidrati come fonte di energia. La gente ora sa che i carboidrati svolgono un ruolo essenziale in molti processi molecolari nella cellula, dalla rilevazione di agenti patogeni alla comunicazione cellulare o alla risposta antinfiammatoria. Pertanto c'è un grande interesse per la progettazione di farmaci che copiano la struttura dei carboidrati, poiché sarebbero facilmente assimilabili e riconosciuti da una parte del sistema recettore biologico.

Nuovi enzimi che passano dalla degradazione alla sintesi dei carboidrati

Ora le squadre di Barcellona e Oxford hanno trovato il modo di modificare un enzima (glicosidasi) che solitamente degrada i carboidrati (catalizza l'idrolisi nei legami glicosidici) in modo che agisca in modo inverso e sintetizzi i carboidrati. "Inoltre, questa sintesi è stata raggiunta con una nuova reazione che non era stata ancora osservata nella glicosidasi. Questa è una variazione di una reazione chiamata front-face o SNi-like" dice Carme Rovira. "Il vantaggio di questa reazione in glicosidasi -continua il ricercatore- è che fa la sintesi in modo pulito, senza quasi provocare residui di idrolisi e utilizzando substrati economicamente validi (zucchero)". "In sostanza, abbiamo usato la nostra esperienza con enzimi che sintetizzano carboidrati per applicare la reazione da un lato ad altri enzimi con maggiori possibilità biotecnologiche" ha concluso la ricercatrice. Il suo team (sites.google.com/site/roviralab/) ha scoperto le basi molecolari di un lato meccanismo negli enzimi nel 2001.

Nello studio, la sintesi è stata effettuata con un enzima specifico, la beta-glicosidasi Sulfolobus solfataricus, ma può essere applicato ad altri enzimi utilizzando un metodo ingegneristico simile al centro attivo.

Utilizzo di enzimi che degradano gli zuccheri (glicoside idrolasi), senza problemi per la loro manipolazione e che possono essere convenientemente modificati, come visto in questo studio, rappresenta, così, una promettente alternativa per ottenere nuovi carboidrati.