Non solo le molecole sintetiche possono imitare le strutture dei loro modelli biologici, possono anche assumere le loro funzioni e possono persino competere con loro con successo, come mostra una sequenza di DNA artificiale progettata dalla Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) di Monaco di Baviera, il chimico Ivan Huc.

Il chimico Ivan Huc trova l'ispirazione per il suo lavoro nei principi molecolari che stanno alla base dei sistemi biologici. In qualità di leader di un gruppo di ricerca dedicato alla chimica supramolecolare biomimetica, crea molecole 'innaturali' con definite, forme predeterminate che ricordano da vicino i principali polimeri biologici, proteine ​​e DNA presenti nelle cellule. Le spine dorsali di queste molecole sono chiamate "foldamers" perché, come modelli di origami, adottano forme prevedibili e possono essere facilmente modificati. Dopo essersi trasferito alla LMU dalla sua precedente posizione all'Università di Bordeaux la scorsa estate, Huc ha sintetizzato una molecola elicoidale che imita le caratteristiche superficiali della doppia elica del DNA così da vicino che le proteine ​​che legano il DNA in buona fede interagiscono con essa.

Questo lavoro è descritto in un articolo pubblicato su Chimica della natura . Il nuovo studio mostra che il composto sintetico è in grado di inibire le attività di diversi enzimi di elaborazione del DNA, compresa l'"integrasi" utilizzata dal virus dell'immunodeficienza umana (HIV) per inserire il suo genoma in quello della sua cellula ospite. La riuscita dimostrazione dell'efficacia del mimo sintetico del DNA potrebbe portare a un nuovo approccio al trattamento dell'AIDS e di altre malattie retrovirali.

Il nuovo documento si basa sui progressi descritti in due precedenti pubblicazioni in Chimica della natura pubblicato all'inizio di quest'anno. Nel primo di questi documenti, Huc ei suoi colleghi hanno sviluppato un modello di interazioni di legame necessarie per consentire alle molecole sintetiche di assumere forme stabili simili alle spine dorsali elicoidali delle proteine. Nel secondo, hanno elaborato le condizioni necessarie per aggiungere la loro elica sintetica alle proteine ​​naturali durante la sintesi da parte dei ribosomi cellulari. "Come sempre in biologia, la forma determina la funzione, " spiega. Nel nuovo studio, introduce una molecola sintetica che si ripiega in una struttura elicoidale che imita le caratteristiche superficiali della doppia elica del DNA, e la cui forma precisa può essere alterata in modo modulare dall'attaccamento di vari sostituenti. Ciò consente allo sperimentatore di imitare in dettaglio la forma della doppia elica naturale del DNA, in particolare la posizione delle cariche negative. L'imitazione è così convincente che funge da esca per due enzimi che legano il DNA, compresa l'integrasi dell'HIV, che si legano prontamente ad esso e sono essenzialmente inattivati.

Però, la questione cruciale è se il foldamero possa competere efficacemente per gli enzimi in presenza del loro normale substrato di DNA. "Se gli enzimi si legano ancora al foldamer in condizioni competitive, allora il mimo deve essere un legante migliore del DNA naturale stesso, " dice Huc. E infatti, lo studio dimostra che l'integrasi dell'HIV si lega più fortemente al foldamer che al DNA naturale. "Per di più, sebbene inizialmente progettato per assomigliare al DNA, il foldamer deve le sue proprietà più utili e preziose alle caratteristiche che lo differenziano dal DNA, " precisa Huc.

Grazie alla natura modulare del design foldamer, le strutture di questi imitatori di DNA artificiale possono essere facilmente alterate, che consente di produrre un'ampia gamma di varianti utilizzando la stessa piattaforma di base. Nello studio attuale, Huc e i suoi colleghi si sono concentrati su enzimi che sono genericamente in grado di legarsi al DNA, indipendentemente dalla sua sequenza di basi. Però, potrebbe anche essere possibile utilizzare l'approccio foldamer per sviluppare mimici del DNA in grado di bloccare l'azione di molte importanti proteine ​​leganti il ​​DNA le cui funzioni dipendono dal riconoscimento di specifiche sequenze nucleotidiche.