Un metodo innovativo semplifica la ricerca di enzimi utili
Gli enzimi sono proteine contenute nelle cellule, usate commercialmente per controllare e accelerare le reazioni, al fine di ottenere i prodotti finali desiderati in maniera rapida e precisa. Dai medicinali ai biocarburanti, dagli alimenti e le bevande fino ai beni di consumo: gli enzimi rappresentano una risorsa importante poiché rendono i processi industriali convenienti, meno tossici e più sostenibili.
Ricercare in natura enzimi utili per l’industria
Nuovi enzimi vengono scoperti sempre più spesso, ma trovarli non è semplice. Per rilevare un nuovo enzima in ambiente naturale è prima di tutto necessario identificare un luogo dove potrebbero vivere microbi che hanno bisogno di tale enzima. Un gruppo di ricerca parzialmente sostenuto dai progetti METAFLUIDICS e PicoCB, finanziati dall’UE, ha sviluppato una nuova tecnica per aprire le cellule che potrebbero contribuire a questa ricerca. I risultati sono stati pubblicati nella rivista «ACS Synthetic Biology». Il metodo impiegato lascia intatte numerose cellule, permettendo di recuperarle e sottoporle a ulteriori analisi: si tratta di un passo importante per la cernita di enzimi benefici. Gli enzimi sono coinvolti in ogni fase della replicazione del DNA. «È facile raccogliere il DNA, è facile clonarli ed è facile introdurli in questi microrganismi», spiega l’autore corrispondente Rahmi Lale, biologo sintetico presso l’Università di scienza e tecnologia norvegese, partner del progetto METAFLUIDICS, in un articolo pubblicato sul sito web «Phys.org». «Ma improvvisamente ci si trova di fronte a centinaia di milioni di cellule diverse. Ognuna contiene elementi unici, ma non è possibile sapere quale racchiuda ciò che ci interessa.»
Dalla cernita al controllo dei fori
I ricercatori si sono avvalsi della microfluidica, la scienza di manipolare e controllare quantità di fluidi estremamente piccole, per passare al vaglio i microbi 10 000 volte più rapidamente rispetto alle tecniche precedenti. I microbi sono confinati in gocce d’acqua, sospese in un fluido vettore a base oleosa. Tuttavia, le cellule devono essere aperte affinché si possano eseguire le verifiche: la maggior parte degli enzimi potenzialmente utili, infatti, vengono prodotti all’interno di questi microbi. Il sistema perfora intenzionalmente la membrana delle cellule, in modo tale che i contenuti fuoriescano. In tal modo, è possibile confermare la presenza della tipologia di enzima desiderata dai ricercatori. «Abbiamo a disposizione un substrato, che rimane in attesa che l’enzima interagisca con esso», osserva il dott. Lale. Una corrispondenza positiva attiva una reazione. Grazie al nuovo sistema, il team può lasciare volutamente intatte alcune celle, così da recuperarle in seguito. «Poiché possiamo controllare il numero di fori creati, possiamo anche controllare quante cellule muoiono. Non le uccidiamo tutte, e questo è importante.» Il dott. Lale continua: «Se succede qualcosa di interessante in una goccia specifica, possiamo recuperarla. Grazie al fatto che la ricrescita delle cellule è così rapida, possiamo prendere la goccia, inserirla in un mezzo di coltura e ottenere di nuovo un miliardo di cellule in una sola giornata. Il recupero del DNA diventa un compito semplicissimo.» I ricercatori stanno ora collaborando con l’Università di Cambridge, nel Regno Unito, coordinatrice del progetto PicoCB, per usare il sistema per scandagliare campioni di DNA ambientale provenienti da località diverse. Tale lavoro potrebbe permettere di scoprire enzimi affascinanti. Il progetto METAFLUIDICS (Advanced toolbox for rapid and cost-effective functional metagenomic screening - microbiology meets microfluidics.) si è concluso a novembre 2020. PicoCB (Exploring the Chemical Biology of Sequence Space via Picoliter Droplets) sarà completato a settembre 2022. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto METAFLUIDICS progetto PicoCB
Parole chiave
METAFLUIDICS, PicoCB, enzima, processo industriale, cellula, microfluidica, microbo, goccia
