L'enzima scoperto di recente utilizza un meccanismo insolito per generare una molecola con un odore terribile che fa venire l'acquolina in bocca

La molecola maleodorante che dà al letame animale il suo fetore ripugnante è stata rintracciata alla sua fonte. I ricercatori di A*STAR e i loro colleghi hanno identificato l'enzima che alcuni batteri intestinali usano per produrre scatolo, una componente caratteristica dell'aroma fecale. La scoperta potrebbe essere potenzialmente utilizzata per aiutare a eliminare gli odori offensivi dall'allevamento di animali, e potrebbe anche avere implicazioni per il miglioramento della salute umana, dicono i ricercatori.

Skatole è così potente che il naso umano può rilevarlo nell'aria a una soglia di concentrazione di appena 0,00056 parti per milione. Batteri che vivono nell'intestino degli animali, compresi gli umani, produrre scatolo scomponendo l'indoleacetato, che a sua volta è un prodotto di degradazione del triptofano, un amminoacido dalle proteine ​​alimentari. L'enzima batterico che converte l'indoleacetato in scatolo non è mai stato identificato, sebbene siano noti gli enzimi che scompongono i metaboliti degli amminoacidi aromatici correlati.

Ora, l'enzima che produce lo scatolo è stato identificato da un gruppo di ricerca internazionale, co-diretto da Huimin Zhao, dall'A*STAR Institute of Chemical and Engineering Sciences. "Siamo interessati a identificare nuove reazioni chimiche catalizzate da enzimi in natura, ed esplorando gli enzimi corrispondenti per applicazioni pratiche, " disse Zhao.

Il team ha utilizzato la genomica comparativa per identificare l'enzima responsabile. "Siamo stati fortunati che le sequenze del genoma di due batteri produttori di scatolo fossero già disponibili nei database pubblici, "aggiunge Yifeng Wei, un membro del team di Zhao presso A*STAR. I ricercatori hanno confrontato i geni dei due batteri, alla ricerca di enzimi sconosciuti che entrambe le specie possedevano, correlato a enzimi noti per abbattere altri metaboliti di amminoacidi aromatici.

Il team ha rapidamente identificato un enzima candidato nei dati genetici, e un test biochimico ha confermato che trasforma l'indoleacetato in scatolo. Lontano dall'ambiente privo di ossigeno dell'intestino, l'enzima indoleacetato decarbossilasi ha richiesto un'attenta manipolazione. "La parte più impegnativa di questo progetto, condotto principalmente dai nostri collaboratori dell'Università di Tianjin, è stata la caratterizzazione biochimica dell'enzima sensibile all'ossigeno, " dice Zhao. Per assicurarsi che rimanesse attivo, l'enzima doveva essere conservato e maneggiato in un vano portaoggetti, in condizioni di assenza di ossigeno, sempre.

L'identificazione dell'indoleacetato decarbossilasi ha molte potenziali applicazioni pratiche, dice Zhao. La sequenza genetica dell'enzima può essere utilizzata come marcatore per identificare gli organismi produttori di scatolo. "Una volta identificato, si possono adottare misure per eliminare o sostituire questi organismi, o per creare condizioni che sopprimono il loro metabolismo specifico che produce scatolo, " dice Zhao. Le applicazioni vanno ben oltre l'agricoltura. "Abbiamo notato che questo enzima è presente in alcuni batteri orali umani sequenziati, che potrebbe fornire una via per trattare alcuni aspetti dell'alitosi, " aggiunge Wei. Anche le zanzare che portano malattie umane come l'encefalite giapponese e il virus del Nilo occidentale sono note per essere attratte dallo scatolo.

La genomica comparativa ha il potenziale per identificare molti altri enzimi con chimica e biochimica insolite, dice Zhao. "Ci sono numerosi metaboliti prodotti da batteri anaerobi, in particolare batteri intestinali, che può essere prodotto solo da una chimica enzimatica insolita e non ancora identificata, " dice. L'intestino, un ambiente anaerobico privo di ossigeno, è potenzialmente una ricca fonte di enzimi che possiedono una reattività biochimica unica che coinvolge intermedi "radicali liberi" altamente reattivi.

"Come biochimici, siamo abituati a pensare a molecole organiche in cui tutti gli elettroni sono appaiati, " dice Zhao. "Tuttavia, certe reazioni si realizzano più facilmente attraverso specie chimiche con elettroni spaiati, cioè radicali liberi." Queste specie reattive sono spesso sensibili all'ossigeno, ma questo non è un impedimento nell'intestino.

Il team prevede di studiare in modo più dettagliato il meccanismo dei radicali liberi per la decarbossilazione dell'indoleacetato, e caratterizzare altri enzimi nella via metabolica che produce scatolo, dice Zhao. "A lungo termine, abbiamo in programma di continuare a scoprire nuova chimica enzimatica dei radicali liberi nei batteri intestinali ambientali e umani".