Il Nobel per la Chimica 2018 a Frances Arnold, George Smith e Gregory Winter


Il Nobel per Chimica 2018 è stato assegnato a Frances H. Arnold, George P. Smith e Gregory P. Winter per essersi ispirati ad alcuni principi chiave dell’evoluzione – la trasformazione genetica e la selezione – nello sviluppo di proteine che possano risolvere alcune problematiche chimiche “chiave” dell’umanità.

 

Frances Arnold è la madre del metodo dell’evoluzione diretta, che permette di ottenere in laboratorio proteine perfette per il compito richiesto. Gli enzimi prodotti attraverso questo meccanismo sono oggi usati in moltissimi ambiti applicativi, dalla realizzazione di biocarburanti a quella di medicinali.

 

George Smith ha sviluppato una tecnica di laboratorio chiamata Phage display in cui un batteriofago (un virus che infetta batteri) può essere usato per produrre nuove, utili proteine. Gregory Winter ha sfruttato la stessa tecnica per realizzare nuove molecole medicinali. Le ricerche di questi due scienziati, che condividono la seconda metà del premio, hanno permesso di produrre anticorpi capaci di neutralizzare tossine, contrastare malattie autoimmuni e curare tumori metastatici.

 

Copiare dal meglio. La vita sulla Terra è riuscita a conquistare ogni angolo del pianeta, anche i più inospitali, grazie a una sorprendente capacità di risolvere alcuni problemi chimici: le proteine, i mattoni chimici di base della vita, hanno saputo cambiare, rinnovarsi, ottimizzarsi creando una incredibile diversità genetica. I tre scienziati premiati hanno pensato di sfruttare queste stesse armi dell’evoluzione in laboratorio, dirigendole verso scopi di ricerca precisi.

 

Un progetto preciso. Il metodo di Frances Arnold consiste nell’indurre mutazioni casuali nel DNA, proprio come accade in natura, salvo poi selezionare quelle adeguate e ripetere il processo in più fasi successive, fino a raggiungere l’obiettivo richiesto dal settore di applicazione, dalla produzione di biocarburanti alla carta, dagli agrofarmaci ai farmaci per uso umano. Nel 1993, Arnold ha sperimentato con successo la prima evoluzione diretta degli enzimi, proteine che accelerano o catalizzano la conversione dei composti chimici.

 

Da allora questo metodo è stato raffinato ed è oggi usato dalle aziende e dai laboratori di tutto il mondo per rendere più efficiente la produzione di nuovi medicinali, quella di biocarburanti, di detergenti più “verdi”, solo per citare alcuni esempi.

 

Il lavoro di Arnold, affiliata al California Institute of Technology di Pasadena, USA, era già stato premiato con il prestigioso Millennium Technology Prize nel 2016. Nel video qui sotto, in inglese, con sottotitoli, la scienziata descrive brevemente il contenuto delle sue ricerche (il testo prosegue sotto il filmato).

 

 

Proteine cruciali. L’altra metà del premio è condivisa tra George P. Smith, dell’Università del Missouri, Columbia e Sir Gregory P. Winter, del MRC Laboratory of Molecular Biology di Cambridge, UK. Nel 1985, Smith sviluppò una tecnica conosciuta come Phage display, in cui un batteriofago o fago, cioè un virus che infetta i batteri, può essere usato per evolvere nuove proteine.

 


Le fasi salienti della tecnica del “Phage display”. | Nobel Assembly

Il gene che codifica per la proteina di interesse viene inserito nella capsula di rivestimento del fago. Il DNA del fago è poi inserito in un batterio che produce fagi e che finisce con l’esporre, all’esterno, il peptide, ossia una parte della proteina desiderata (vedi figura qui sopra). Questa proteina così esposta esternamente può essere “pescata” utilizzando anticorpi specifici, per esempio quando se ne devono studiare le interazioni con altre sostanze.

 

Gregory Winter ha utilizzato la tecnica del phage display per l’evoluzione diretta di anticorpi, con l’obiettivo di produrre nuove sostanze farmaceutiche. La prima basata su questo metodo chiamata adalimumab, è stata approvata nel 2002 ed è usata per curare l’artrite reumatoide, la psoriasi e la colite ulcerosa. Siamo soltanto alle prime fasi di una rivoluzione – quella dell’evoluzione diretta – che sta portando e porterà, in modi diversi, molti benefici all’umanità.


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