Gli scienziati di un gruppo internazionale guidato dal RIKEN Cluster for Pioneering Research in Giappone hanno sviluppato un modo semplice per monitorare il livello di etilene, un ormone importante, nelle piante. L'etilene è coinvolto in molti processi nelle piante, come la maturazione dei frutti e la caduta delle foglie in autunno. Il rilevamento è stato effettuato da un metalloenzima artificiale, significa una proteina, in questo caso l'albumina, che racchiude un metallo che funge da catalizzatore.

I metalloenzimi sono molto comuni in natura, funzionando in posti come il sangue, dove gli atomi di ferro nell'emoglobina aiutano a trasportare l'ossigeno, o nei cloroplasti vegetali, dove gli atomi di manganese aiutano il processo di fotosintesi. Le proteine ​​consentono ai catalizzatori metallici di passare attraverso il corpo nei tessuti dove sono necessari senza essere "spegniti" da antiossidanti come il glutatione. Il "design" chimico sta ora consentendo agli scienziati umani di progettare metalloenzimi artificiali, modellato su molecole naturali, ma che svolgono funzioni che non si trovano in natura.

Per lo studio in corso, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , Gli autori co-leader Kenward Vong e Shohei Eda del RIKEN CPR hanno deciso di concentrare il loro lavoro su un biosensore per rilevare il gas etilene. Il gas etilene è uno dei tre principali ormoni utilizzati dalle piante. È noto per essere coinvolto sia nello sviluppo delle piante, come la maturazione dei frutti, perdere le foglie prima dell'inverno, e crescere nuove foglie, e in risposta a stress come predazione e siccità. Per questa ragione, l'etilene viene comunemente applicato alle piante da frutto per incoraggiare la maturazione dei frutti.

Hanno progettato una molecola contenente un'impalcatura di albumina usata per contenere un catalizzatore di rutenio, progettato in modo tale da diventare fluorescente in presenza di etilene. Hanno testato il metalloenzima su vari tipi di frutta e verdura, e scoprirono che era in grado di rilevare la presenza di etilene nei frutti mentre maturavano. A differenza dei precedenti biosensori di etilene, però, è stato in grado di mostrare la distribuzione dell'etilene sul frutto, fornendo una mappa spaziale e temporale dettagliata di come si è diffuso l'etilene. Il gruppo ha quindi utilizzato un modello di impianto sperimentale, Arabidopsis thaliana, esaminare il rilascio di etilene in risposta a stress come agenti patogeni, e hanno scoperto che il saggio biologico era in grado di rilevare con precisione la presenza dell'etilene.

Secondo Katsunori Tanaka, il capogruppo di ricerca, "Il nostro lavoro ha due importanti implicazioni. Una è nel campo dei metalloenzimi artificiali, dove siamo stati in grado di utilizzare un principio di natura per produrre qualcosa che non esiste in natura. E in secondo luogo, il nostro lavoro contribuirà a capire come viene prodotto l'etilene negli impianti, poiché possiamo misurare la concentrazione di etilene quando è ancora all'interno delle cellule".

Il gruppo prevede di continuare a lavorare per migliorare il sistema, ad esempio accelerando la sua reattività in modo che possa misurare l'etilene prima che si trasformi in gas, e per migliorare la sua capacità di entrare nelle cellule piuttosto che rimanere nell'ambiente extracellulare.