Per i microbi che dimorano nel caldo, fondali salati del Mar Rosso, la vita è un delicato atto di equilibrio evolutivo. Solo per queste creature per replicare il loro DNA è necessario un enzima che sia adattato sia alle alte temperature che alle alte concentrazioni di sale, due fattori ambientali che impongono pressioni selettive controbilancianti sulla struttura di una proteina.

Un team KAUST ha ora caratterizzato e ingegnerizzato un enzima che sintetizza il DNA da un microbo di acque profonde che sembra dividere la differenza, essendo sufficientemente rigido per l'adattamento termico, ma abbastanza flessibile da affrontare i cambiamenti strutturali indotti dal sale. I risultati rivelano come l'evoluzione può mettere a punto le proteine ​​per essere ideali per la vita in ambienti estremi. Inoltre, potrebbero avere applicazioni pratiche per la biotecnologia e la ricerca biomedica.

"Queste proprietà sono interessanti per le tecniche di sequenziamento del DNA di nuova generazione, ", afferma il professore della KAUST Samir Hamdan, che ha supervisionato lo studio. "Vale assolutamente la pena dedicare uno sforzo significativo ora all'esplorazione del potenziale biotecnologico degli enzimi di elaborazione del DNA di questi microrganismi".

Hamdan e il suo laboratorio hanno collaborato con membri di facoltà di altri gruppi KAUST, tra cui il Centro di ricerca sul Mar Rosso e il Centro di ricerca sulla bioscienza computazionale, e attraverso le divisioni di scienze biologiche e fisiche per studiare un enzima polimerasi che sintetizza il DNA da un microbo unicellulare trovato che vive fuori la costa dell'Arabia Saudita in una pozza salata che era quattro volte più salata e 16 volte più calda dell'acqua di mare media. "Questa polimerasi, " dice l'autore principale dello studio, Masateru Takahashi, un ricercatore nel laboratorio di Hamdan, "è la polimerasi più tollerante ai sali che è anche termicamente stabile".

I ricercatori hanno modellato la struttura dell'enzima dalla sua sequenza proteica e hanno condotto analisi biochimiche e strutturali per interrogare la sua configurazione fisica. Hanno identificato molte interazioni tra le regioni di carica opposta della proteina che hanno dato la forma all'enzima. Però, l'abbondanza di regioni caricate negativamente in eccesso ha anche aiutato in una certa misura a separare l'enzima, dandogli il dinamismo strutturale per affrontare l'aumento delle concentrazioni di sale. Quella flessibilità e la conseguente rigidità indotta dal sale potrebbero anche spiegare perché questo enzima polimerasi ha una capacità unica di utilizzare gli ioni di zinco come molecole ausiliarie, a differenza della maggior parte degli altri enzimi di sintesi del DNA del suo genere.

Con queste intuizioni, il team KAUST ha creato una versione ibrida tollerante al sale di una polimerasi che molti biologi stanno già utilizzando per amplificare il DNA per i loro esperimenti. Le intuizioni raccolte da questi enzimi ingegnerizzati, dice Takahashi, potrebbe portare a nuovi reagenti e metodi per l'industria delle biotecnologie.