Fermentazione di cianobatteri in un fotobioreattore a TU Dresda. Crediti:Prof. Tobias Gulder
Il fatto che la natura sia un ottimo chimico è dimostrato dall'abbondanza di molecole, cosiddetti prodotti naturali, che produce biosinteticamente. Questi prodotti naturali sono anche di fondamentale importanza per noi umani. Sono usati in molti modi nella nostra vita quotidiana, soprattutto come agenti attivi in medicina e agricoltura. Esempi importanti sono gli antibiotici come le penicline isolate dalle muffe, il farmaco antitumorale Taxol del tasso del Pacifico e le piretrine presenti nei crisantemi, che vengono utilizzate per combattere le infestazioni da parassiti.
La conoscenza e la comprensione dell'assemblaggio biosintetico di tali composti per natura è essenziale per lo sviluppo e la produzione di farmaci basati su tali composti. In questo contesto, i ricercatori dei gruppi del Prof. Tobias Gulder (TU Dresda) e della Prof. Tanja Gulder (Università di Lipsia) hanno studiato congiuntamente la biosintesi del cianobatterino, che è altamente tossico per gli organismi fotosintetici ed è prodotto in natura in piccole quantità dal cianobatterio Scytonema hofmanni. Nel loro lavoro, i (bio)chimici non solo sono stati in grado di chiarire per la prima volta la biosintesi del prodotto naturale, ma hanno anche scoperto una nuova trasformazione enzimatica per la formazione di legami carbonio-carbonio.
Questo lavoro è stato reso possibile combinando strumenti moderni di bioinformatica, biologia sintetica, enzimatica e analisi (bio)chimica. L'attenzione si è concentrata su come viene prodotta la parte centrale dello scheletro di carbonio del cianobatterio. I presunti geni per questo sono stati prima clonati con il metodo del "Direct Pathway Cloning" (DiPaC) e quindi attivati nell'organismo modello E. coli come fabbrica di cellule.
DiPaC è un nuovo metodo di biologia sintetica precedentemente sviluppato nel laboratorio di Tobias Gulder, Professore di Biochimica Tecnica alla TU Dresda. "DiPaC ci consente di trasferire interi percorsi biosintetici di prodotti naturali in sistemi ospiti ricombinanti in modo molto rapido ed efficiente", spiega Tobias Gulder.
Nella fase successiva, il team di ricerca ha analizzato le singole fasi essenziali della biosintesi dei cianobatteri producendo inoltre tutti gli enzimi chiave nell'organismo ospite E.coli, isolandoli e quindi studiando la funzione di ciascun enzima. Nel processo, si sono imbattuti in una classe di enzimi precedentemente sconosciuta chiamata sintasi furanolide. Questi sono in grado di catalizzare la formazione di legami carbonio-carbonio seguendo un meccanismo insolito. In ulteriori studi su queste furanolide sintasi, questi enzimi si sono rivelati biocatalizzatori in vitro efficienti, il che li rende altamente attraenti per le applicazioni biotecnologiche.
"Con le furanolide sintasi, abbiamo ottenuto uno strumento enzimatico che ci consentirà di sviluppare in futuro metodi più rispettosi dell'ambiente per la produzione di composti bioattivi e quindi di dare un contributo significativo a una chimica più sostenibile", spiega la prof.ssa Tanja Gulder del Istituto di Chimica Organica dell'Università di Lipsia.
Successivamente, i due gruppi di ricerca vogliono cercare in modo specifico questi nuovi biocatalizzatori anche in altri organismi, e quindi trovare nuovi membri bioattivi di questa classe di prodotti naturali, nonché sviluppare metodi per la produzione biotecnologica e la diversificazione strutturale del cianobatterio. "Il nostro lavoro apre la strada allo sviluppo completo di un'entusiasmante classe di prodotti naturali per applicazioni in medicina e agricoltura", concordano i due scienziati.
La ricerca è stata pubblicata su Nature Chemical Biology . + Esplora ulteriormente
