In sistemi molecolari artificiali possono essere innescate complesse cascate di reazioni:scienziati svizzeri hanno costruito un enzima in grado di penetrare in una cellula di mammifero e accelerare il rilascio di un ormone. Questo attiva quindi un interruttore genico che innesca la creazione di una proteina fluorescente. I risultati sono stati riportati da ricercatori del NCCR Molecular Systems Engineering, guidato dall'Università di Basilea e dall'ETH di Zurigo.

La natura si affida agli enzimi per accelerare le reazioni biochimiche ad alta intensità energetica necessarie per la conservazione della vita. Però, gli enzimi naturali non sono tutti ugualmente adatti a tutti i tipi di reazione. I catalizzatori creati artificialmente sono molto più versatili, in quanto possono promuovere molti più processi di sintesi chimica.

C'è quindi un grande potenziale nell'introduzione di catalizzatori artificiali nelle cellule e negli organi viventi al fine di modificare le funzioni cellulari a livello genetico o per creare un farmaco da un precursore innocuo nella cellula stessa. Però, tali catalizzatori spesso funzionano solo in condizioni strettamente controllate che sono quasi impossibili da ottenere nelle cellule viventi.

Cascata di componenti artificiali

Per superare questa restrizione, ricercatori delle università di Basilea (professore Thomas Ward) e di Ginevra (professore Stefan Matile) e dell'ETH di Zurigo (professore Martin Fussenegger) hanno sviluppato un catalizzatore di piccole molecole in grado di controllare un cambio genico. Se questo interruttore è attivato, viene attivata la funzione cellulare desiderata.

Per lo studio in corso, i ricercatori hanno prodotto un metalloenzima, una proteina biocompatibile in cui è incorporato un frammento metallico cataliticamente attivo (in questo caso rutenio). Con questo metodo, sono riusciti per la prima volta a sviluppare un metalloenzima artificiale in grado di penetrare in una cellula di mammifero.

Una volta in cella, il metalloenzima – come un cavallo di Troia – dispiegava la sua funzione catalitica e accelerava la produzione di un particolare ormone tiroideo. Questo ormone ha quindi attivato un interruttore genetico sintetico che ha portato alla creazione di una proteina fluorescente chiamata luciferasi.

Un nuovo tipo di chimica negli organismi viventi

Lo studio, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , dimostra la fattibilità di un approccio innovativo che mira allo sviluppo delle funzioni cellulari e mira a completare i processi biochimici tradizionali. Il lavoro è un buon esempio delle opportunità offerte dalla combinazione di biologia sintetica e chimica organometallica per il controllo delle funzioni cellulari negli organismi viventi.