SCIENZA E RICERCA

Il Nobel per la Chimica premia l'evoluzione in vitro

di Daniele Mont D'Arpizio

Quest’anno l’Accademia reale svedese delle scienze ha deciso di premiare con il Nobel per la Chimica i ricercatori che si sono messi in luce per “prendere il controllo del processo evolutivo, usando i suoi stessi principi – mutazione genetica e selezione – per alcuni processi chimici, a beneficio di tutta l’umanità”.

I destinatari del prestigioso riconoscimento sono: per la prima metà Frances H. Arnold del California Institute of Technology di Pasadena, “per aver guidato l'evoluzione degli enzimi”, e per la seconda metà congiuntamente George P. Smith della University of Missouri e Gregory P. Winter del MRC Laboratory of Molecular Biology di Cambridge “per la tecnica del phage display applicata a peptidi e anticorpi”. Due statunitensi e un britannico, due uomini e una donna: si conferma dunque la presenza femminile ai più alti livelli della ricerca scientifica, dopo che ieri Donna Strickland era stata tra i prescelti per il Nobel per la Fisica.

Il merito specifico degli scienziati premiati quest’anno, secondo la motivazione data dall’Accademia, è quello di essere riusciti a ‘imbrigliare il potere dell’evoluzione’ a beneficio dell’umanità. Una spiegazione che vede perfettamente d’accordo il genetista dell’università di Padova Gerolamo Lanfranchi, chiamato da Il Bo Live per commentare la notizia: “Non siamo solo riusciti ad imbrigliare l’evoluzione, l'abbiamo copiata ma con un vantaggio: andiamo molto più veloce e controlliamo i prodotti. In genere questo in natura non succede e tutti i prodotti vengono messi nell’ambiente: alcuni funzionano mentre altri soccombono. Oggi invece abbiamo la possibilità di ‘fare evoluzione’ all'interno dei laboratori, di sceglierci il prodotto migliore e magari buttare via tutti quelli che invece non sono riusciti bene”.

Il primo ambito ricerca premiato riguarda per l’appunto l’evoluzione guidata (Directed Evolution) degli enzimi. Come noto gli enzimi sono catalizzatori naturali, sono cioè proteine che negli organismi rendono possibili la maggior parte delle migliaia di reazioni chimiche necessarie alla nostra sopravvivenza. Ad essi Frances H. Arnold ha dedicato uno studio rivoluzionario nel 1993, da cui successivamente si è sviluppata un’intera branca della ricerca scientifica e tecnologica. Arnold – che all’università si era dapprima laureata in ingegneria meccanica e aerospaziale, per poi concentrare i suoi studi sulla biologia – aveva intuito che gli enzimi avrebbero potuto prendere il posto di molti catalizzatori utilizzati nell’industria chimica, spesso meno efficaci e dannosi per la salute e l’ambiente.

Il problema era come ‘addomesticare’ gli enzimi per portarli a sintetizzare le proteine desiderate. I primi tentativi sono stati nella direzione di ‘riprogrammare’ i geni presenti nel DNA che controllano la produzione degli enzimi, ma presto ci si è resi conto di essere in un vicolo cieco: gli enzimi sono infatti molecole molto complesse, spesso composte di migliaia di mattoncini di 20 tipi differenti (gli aminoacidi), che possono comporsi in una varietà pressoché infinita di combinazioni. Ed è qui che Francis Arnold ha un'idea straordinaria: riprodurre l’evoluzione in provetta, generando diversi tipi di enzimi mutati attraverso batteri geneticamente modificati, e in seguito vedendo come si comportano rispetto al compito prefissato. Ripetendo la selezione per diverse generazioni i risultati sono strabilianti: nel suo primo lavoro la ricercatrice annota di essere riuscita ad ottenere già nella terza generazione un enzima 256 volte più efficace rispetto all’originale. Oggi l’evoluzione guidata è una tecnica largamente usata, con applicazioni che vanno dall’ambito farmaceutico fino ai biocarburanti.

Anche George P. Smith e Gregory P. Winter hanno sfruttato i principi che stanno alla base dell’evoluzione – mutazione e selezione – per produrre in provetta molecole che oggi sono sempre più importanti per la messa a punto di nuove terapie farmacologiche. La tecnica oggi nota come Phage Display utilizza i virus che infettano i batteri (batteriofagi): in particolare Smith ha sperimentato per primo, agli inizi degli anni ’80, che i batteriofagi potevano essere uno strumento efficace per collegare le proteine prodotte dagli organismi viventi a geni specifici presenti nel DNA. Lavorando sul loro patrimonio genetico, si poteva insomma costringere i batteriofagi a produrre pressoché qualsiasi tipo di proteina, che normalmente finiva a comporre la capsula virale. A quel punto però fu Winter a comprendere che in questo modo si potevano usare questi organismi per produrre degli anticorpi, che poi andassero ad attaccarsi a molecole target stabilite dal ricercatore, in modo da segnalarle e farle distruggere dai linfociti. Grazie a questa straordinaria trovata oggi abbiamo una nuova generazione di farmaci che sfruttano il nostro stesso sistema immunitario per combattere patologie come l’artitre reumatoide, il cancro, l’antrace e alcune malattie autoimmuni, mentre è in fase di sperimentazione anche un loro utilizzo contro l’Alzheimer.

Anche in questo caso viene stimolato e diretto un processo di evoluzione guidata e controllata, che sfrutta la capacità generativa della vita per riconoscere e selezionare le sostanze a noi utili. In fondo l’evoluzione ha portato gli organismi viventi a risolvere tutta una serie di problemi chimici per sopravvivere: la vita, insomma, è innanzitutto questione di chimica.

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