I ricercatori hanno scoperto una proteina molto promettente che, secondo un recente studio, ha un’enorme capacità di proteggere il DNA. Questo lavoro può servire come base per lo sviluppo di nuove tecnologie molto promettenti in molti campi, dalla medicina alla bioingegneria.
La proteina in questione DDRC (Proteina C riparatrice del danno al DNA), è stato scoperto nel corpo di un comune batterio chiamato Deinococcus radiodurans. Questa specie si caratterizza per l’eccezionale flessibilità del suo patrimonio genetico; Il suo DNA è in grado di resistere da 5.000 a 10.000 volte la dose di radiazioni che ucciderebbe una cellula umana.
Questa capacità è in gran parte dovuta al processo che consente di riparare il DNA danneggiato. In termini assoluti, questo non è niente di insolito; Quasi tutte le cellule viventi hanno accesso a tali sistemi, comprese quelle umane. Senza questo meccanismo, anche le debolissime radiazioni periferiche a cui tutti siamo costantemente esposti causerebbero danni enormi.
Cosa fa D Unico, lo è La straordinaria efficienza con cui riesce a riparare il suo materiale genetico. Negli esseri umani, sono necessarie solo due rotture su un miliardo di paia di basi (gli elementi costitutivi di base da cui è costruito il DNA) affinché una cellula muoia; D’altra parte, i batteri sono in grado di rigenerare centinaia di frammenti di DNA danneggiati per ricostruire un genoma coeso.
Per illustrare la dimensione quasi miracolosa di questo superpotere, i ricercatori hanno trovato un’analogia basata sul football americano. ” È come se un giocatore della NFL giocasse ogni partita senza casco o protezione, subisse traumi cerebrali e ossa rotte, ma si riprendesse miracolosamente ogni sera prima dell’allenamento del giorno successivo. “, spiega uno degli autori. Quindi il team ha cercato di determinare l’origine di questo meccanismo e questa indagine li ha presto portati alla proteina DdrC.
Un faro genetico al servizio della cellula
Ma era solo l’inizio. In effetti, l’intera sfida era capire come questo minuscolo polimero potesse svolgere un lavoro così straordinario. Questo è certamente più facile a dirsi che a farsi, perché determinare l’esatta funzione di una proteina semplicemente osservandola è estremamente difficile.
Per aiutarli, gli autori hanno potuto fare affidamento su uno strumento estremamente prezioso: la Canadian Light Source, o CLS. È un sincrotrone, un acceleratore di particelle che utilizza campi magnetici per spingere particelle cariche, come gli elettroni, a una velocità prossima a quella della luce. In queste condizioni, queste particelle emettono una potente radiazione elettromagnetica a banda larga: la radiazione di sincrotrone.
Viene utilizzato in una vasta gamma di discipline, dalla scienza dei materiali alla biologia strutturale, alla chimica e alla medicina, per ottenere immagini altamente dettagliate di piccoli oggetti o delle interazioni in cui sono coinvolti. Questo è esattamente ciò che hanno fatto gli autori con il loro DdrC; Grazie a CLS hanno potuto studiare il suo comportamento e le sue interazioni da ogni angolazione.
Usando un sincrotrone, i ricercatori hanno potuto osservare che la proteina si muove lungo il filamento del DNA finché non rileva una rottura, dopodiché si chiude su se stessa come una trappola per topi. Da lì, la proteina agisce come una benda genetica temporanea, impedendo al filamento di DNA di disfarsi a causa della rottura. Ma soprattutto agisce come un piccolo segnale d’allarme che segnala al meccanismo riparatore della cellula di intervenire il più rapidamente possibile. Questo sistema di segnalazione migliora notevolmente il mantenimento del DNA batterico rispetto alle cellule umane.
Un raro esempio di proteina autosufficiente
Ma c’è un ultimo elemento che lo rende assolutamente unico. Le proteine tendono ad essere inutili se isolate; Normalmente diversi tipi di proteine formano reti molto complesse che consentono loro di lavorare insieme. Questa integrazione è necessaria per stabilire le catene di interazioni necessarie per svolgere funzioni specifiche all’interno della cellula. Ma la DdrC sembra rappresentare un’eccezione alla regola; Le osservazioni dei ricercatori hanno dimostrato che può svolgere la sua funzione da sola, senza bisogno di altre proteine.
Per i ricercatori si trattava di una prospettiva molto interessante in questo contesto. In effetti, il DNA è praticamente universale nella vita come la conosciamo; Sulla carta, trasferire DdrC in un’altra cellula sarebbe sufficiente per migliorare notevolmente la sua capacità di riparare il proprio materiale genetico, senza dover specificare le decine di altre proteine coinvolte per ricreare il balletto perfettamente coordinato.
Per testare la loro teoria, i ricercatori hanno trasferito il DdrC in un altro batterio, l’E. coli, un organismo modello molto comune in biologia. I risultati sono stati sorprendenti. “Con nostra grande sorpresa, questa procedura ha reso i batteri 40 volte più resistenti ai raggi UV”, spiegano gli autori. ” Questo sembra essere un raro esempio di proteina che funziona veramente come una macchina autosufficiente. »
Forte potenziale in medicina
In teoria ciò significa che il DNA di qualsiasi organismo può essere reso più resistente trasferendo il gene responsabile della produzione del DdrC. Questo tipo di manipolazione genetica potrebbe consentire di creare nuove varietà altamente resistenti di piante ampiamente coltivate. Secondo gli autori, la proteina può aprire la strada vaccino contro il cancro, Una malattia che si verifica quando una cellula geneticamente danneggiata cresce senza controllo.
“ La capacità di riorganizzare, modificare e manipolare il DNA in modi specifici è il Santo Graal della biotecnologia “, spiegano gli autori.” E se disponeste di un sistema di scansione come DdrC che pattugliava le vostre cellule e neutralizzava i danni non appena si verificavano? Ciò potrebbe costituire la base per un potenziale vaccino contro il cancro. »
Chiaramente, siamo ancora lontani dal raggiungere questo obiettivo; Sarà infatti necessario partire dalla verifica che la DdrC sia in grado di svolgere il proprio lavoro in una varietà di condizioni diverse per verificare se le conclusioni del gruppo siano generalizzabili. Ma si tratta comunque di una scoperta molto promettente che potrebbe portare a grandi applicazioni tangibili nel medio e lungo termine. Pertanto, sarà opportuno portare avanti studi futuri che si concentreranno su questo piccolo corpo dalle enormi potenzialità.
Il testo dello studio è disponibile Qui.
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