Gli scienziati trovano enzimi in natura che potrebbero sostituire le sostanze chimiche tossiche

A circa 900 miglia al largo della costa del Portogallo, nove isole principali sorgono nel medio Atlantico. Verdeggiante e vulcanico, l'arcipelago delle Azzorre ospita una ricchezza di biodiversità che spinge lo scienziato ricercatore sul campo Marlon Clark a tornare per saperne di più. "C'è una biogeografia davvero interessante là fuori", dice Clark. "C'è una vera separazione tra i continenti, ma c'è questa dispersione tra le isole di piante, semi e animali."

È un paradiso visivo sotto ogni punto di vista, ma a livello microscopico c'è ancora di più da vedere. La roccia vulcanica ricca di sostanze nutritive delle Azzorre – e la sua rete di lagune, sistemi di grotte e sorgenti termali – ospita una vasta gamma di microrganismi presenti in una varietà di microclimi con diverse altitudini e temperature.

Clark lavora per Basecamp Research, una società biotecnologica con sede a Londra, e il suo compito è raccogliere campioni dagli ecosistemi di tutto il mondo. Estraendo il DNA dal suolo, dall'acqua, dalle piante, dai microbi e da altri organismi, Basecamp sta costruendo un ampio database delle proteine ​​della Terra. Anche se il DNA in sé non è una proteina, le informazioni memorizzate nel DNA vengono utilizzate per creare proteine, quindi l'estrazione, il sequenziamento e l'annotazione del DNA consentono la scoperta di sequenze proteiche uniche.

Utilizzando ciò che trovano nel mezzo dell'Atlantico e oltre, il database dettagliato di Basecamp è in costante crescita. I risultati potrebbero essere essenziali per eliminare i danni causati dalle sostanze chimiche tossiche e trovare alternative a queste sostanze chimiche.

Le proteine ​​forniscono struttura e funzione a tutti gli organismi viventi. Alcune di queste proteine ​​funzionali sono enzimi, che letteralmente fanno accadere le cose.

“La chimica industriale è fortemente inquinante, soprattutto la chimica utilizzata nello sviluppo dei farmaci. La biocatalisi sta offrendo vantaggi, sia per produrre farmaci più complessi sia per essere più sostenibili, riducendo l’inquinamento e la tossicità della chimica convenzionale”, afferma Ahir Pushpanath, che dirige le partnership per Basecamp.

"Gli enzimi sono catalizzatori perfettamente evoluti", afferma Ahir Pushpanath, responsabile delle partnership presso Basecamp. "Gli enzimi sono essenzialmente solo un polimero, e i polimeri sono costituiti da amminoacidi, che sono gli elementi costitutivi della natura." Suggerisce di pensarlo come i Lego: se hai un mucchio di pezzi Lego e li usi per costruire una struttura che svolga una funzione, “questo è fondamentalmente il modo in cui funziona un enzima. In natura, questi monumenti si sono evoluti per creare la chimica della vita. Se non avessimo gli enzimi non saremmo vivi”.

Nel nostro corpo, gli enzimi catalizzano tutto, dalla vista alla digestione del cibo, alla ricrescita dei muscoli, e questi stessi tipi di enzimi sono necessari nell'industria farmaceutica, agrochimica e chimica fine. Ma le condizioni industriali differiscono da quelle all’interno dei nostri corpi. Pertanto, quando gli scienziati hanno bisogno di determinate reazioni chimiche per creare un particolare prodotto o sostanza, creano i propri catalizzatori nei loro laboratori, generalmente attraverso l’uso di petrolio e metalli pesanti.

Questi prodotti petrolchimici sono efficaci ed economici, ma sono dispendiosi e spesso pericolosi. Con le crescenti preoccupazioni sulla sostenibilità e sulla salute pubblica a lungo termine, è essenziale trovare soluzioni alternative alle sostanze chimiche tossiche. “La chimica industriale è fortemente inquinante, in particolare la chimica utilizzata nello sviluppo di farmaci”, afferma Pushpanath.

Basecamp sta cercando di sostituire i catalizzatori creati in laboratorio con enzimi trovati in natura. Questo concetto si chiama biocatalisi e, in teoria, tutto ciò che gli scienziati devono fare è trovare gli enzimi giusti per le loro esigenze specifiche. Eppure, storicamente, i ricercatori hanno faticato a trovare enzimi in grado di sostituire i prodotti petrolchimici. Quando non riescono a identificare una corrispondenza adatta, si rivolgono a quella che Pushpanath descrive come "evoluzione lunga, iterativa, ad alta intensità di risorse e diretta" in laboratorio per convincere una proteina all'adattamento industriale. Ma gli ultimi progressi scientifici hanno invece consentito queste scoperte in natura.

Che si tratti di Clark e di un collega che partono per una spedizione o di un partner locale sul campo che raccoglie ed elabora campioni, c'è molto da imparare da ogni raccolta. "I genomi microbici contengono serie complete di informazioni che definiscono un organismo, proprio come le lettere sono un codice che ci consente di formare parole, frasi, pagine e libri che contengono conoscenze complesse ma digeribili", afferma Clark. Pensa ai campioni ambientali come a librerie biologiche, piene di migliaia di specie, ceppi e varianti di sequenza. “Il nostro compito è raccogliere informazioni genetiche da questi campioni”.