I microbi misteriosi che prosperano nei laghi salati caldi e super salati sul fondo del Mar Rosso potrebbero produrre un tesoro di nuovi enzimi per applicazioni industriali, se solo gli scienziati avessero accesso alla loro generosità biologica.

Un nuovo studio condotto dagli scienziati di KAUST ora spiega un modo per sfruttare questa vasta risorsa non sfruttata.

I metodi attuali si basano sulla crescita di microbi in laboratorio per studiarne le caratteristiche. Però, la maggior parte dei microbi non può essere coltivata e quindi eludere il controllo scientifico. Anziché, ricercatori della KAUST e dell'Università tecnica di Monaco (TUM) in Germania hanno resuscitato e testato proteine ​​specifiche dai cosiddetti genomi a singolo amplificazione (SAG), interi genomi estratti da una singola cellula microbica catturata.

"Questa è la prima volta che i SAG sono stati usati per produrre proteine, "dice il primo autore, Stefan Grotzinger, uno studente di dottorato che lavora sia alla KAUST che alla TUM. "La prova che le proteine ​​delle funzioni desiderate possono essere ottenute dai SAG potrebbe cambiare il modo in cui cerchiamo nuovi enzimi".

Grötzinger e i suoi colleghi, guidati dal biologo strutturale KAUST Stefan Arold con Jörg Eppinger, un chimico già alla KAUST, e gli scienziati del TUM Dirk Weuster-Botz e Michael Groll, hanno iniziato con una cellula microbica sondata da una pozza di acqua salata situata a 80 km al largo della costa di Jeddah e 2, 000 m sotto la superficie del Mar Rosso. Dal suo SAG, hanno identificato computazionalmente un gene che codifica per una delle alcol deidrogenasi del microbo (ADH), un enzima comunemente usato negli alimenti, industrie farmaceutiche e chimiche.

I ricercatori hanno prima cercato di esprimere questo enzima in Escherichia coli, una piattaforma batterica comune per la produzione di proteine, ma questo approccio non ha prodotto proteine ​​utili. Si sono quindi rivolti a un diverso microbo che vive in un ambiente altamente salino e che può anche essere coltivato in laboratorio. In questo microbo, sono riusciti a ottenere una quantità sufficiente della proteina ADH da poter dedurre la sua struttura tridimensionale attraverso la cristallografia a raggi X ed eseguire una caratterizzazione biochimica completa, comprese le sue capacità enzimatiche.

Le loro analisi hanno rivelato caratteristiche che presumibilmente sono sorte come adattamenti alla vita nel mare caldo e salato. Per esempio, la proteina lavora a concentrazioni estremamente elevate di solvente organico, tollera le alte temperature e può essere liofilizzato, tutte caratteristiche che rendono l'enzima attraente per applicazioni industriali commerciali, dice Grotzinger.

Ma più in generale, Aggiunge, lo studio fornisce una tabella di marcia su come estrarre le ricchezze molecolari degli organismi presenti in ambienti estremi. Più, fornisce un esempio di collaborazione internazionale e locale, unendo scienziati in Germania e Arabia Saudita, con la collaborazione di tre unità di KAUST:la Divisione di Scienze e Ingegneria Biologica e Ambientale, il Centro di ricerca sulle bioscienze computazionali e il Centro di catalisi.