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Le proteine vibrano come “il suono di una campana”?

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Emanuele D'Onofrio - Aleteia Team - pubblicato il 27/01/14

Un team dell’Università di Buffalo osserva per la prima volta che le proteine oscillano a frequenze altissime. Il prof. Chiaruzzi, genetista: “Lo avevamo già supposto”

Uno studio proveniente dal mondo anglosassone ha fatto notizia sui media italiani, che l’hanno raccontato con termini molto suggestivi. Nel laboratorio della dottoressa Andrea Merkels all’Università di Buffalo, nello stato di New York, i ricercatori hanno potuto osservare attraverso una tecnica molto sofisticata che le vibrazioni del lisozima, una proteina antibatterica presente nella saliva ed in molti animali, persistono molto a lungo. Dal momento che questa scoperta potrebbe avere delle ripercussioni sulla struttura del nostro DNA, Aleteia ha chiesto di commentare questa scoperta al professor Pietro Chiurazzi, genetista presso l’Università Cattolica del Sacro Cuore di Roma.

Professore, qual è il significato di questa ricerca?

Chiurazzi: Il titolo originale della ricerca recita “Optical Mesurements of long-range Protein Vibration” (Misurazioni ottiche delle vibrazioni di lungo raggio delle proteine). Il laboratorio diretto dalla dottoressa Andrea Merkels adotta questa metodica particolare che è la “spettroscopia a terahertz”, cioè un uso delle onde sonore a frequenze altissime che vengono emesse dalle vibrazioni delle molecole vere e proprie. In questo studio loro sono riusciti a sviluppare delle strutture che consentono di fare con queste ultrafrequenze quello che si fa con la luce visibile. Hanno usato questo sistema per studiare le strutture cristalline di sostanze proteiche: in questo caso hanno studiato il lisozima, una delle proteine che sono abbondanti nel bianco dell’uovo, e da lì l’hanno ricavata. Ora, la struttura biologica delle proteine dipende dalle loro possibilità di flessibilità e modificazione: quindi sia nella comunicazione cellulare, sia nei canali di membrana che trasportano gli ioni fino al carico-scarico dell’ossigeno dall’emoglobina le strutture cellulari sono critiche. Si sapeva già che le vibrazioni percorrono l’intera proteina e giocano un ruolo cruciale nel controllare questi scambi strutturali: si tratta di oscillazioni armoniche, perché poi ci sono due o tre stadi nei quali la proteina oscilla. Si tratterebbe quindi di ultra-ultra-ultra-ultrasuoni che queste molecole produrrebbero, perché parliamo di strutture molto piccole, e quindi di frequenze estremamente alte.

Dunque è vero che le vibrazioni nelle molecole persistono come il “suono di una campana”?

Chiurazzi: Sì. Questi ricercatori hanno studiato il lisozima, che è una proteina antibatterica presente in molti animali: è anche molto presente nella saliva dell’uomo. Dal momento che qualunque cosa che viene introdotta nel cavo orale per definizione è piena di schifezze, il fatto di avere del lisozima in abbondanza facilita la prevenzione di infezioni. Come si legge anche nel sito del laboratorio, lì utilizzano la “spettroscopia a terahertz” usando dei laser molto veloci e delle simulazioni di dinamiche molecolari, si muovono cioè le molecole e macromolecole come le proteine, ma questo meccanismo potrebbe valere per tante altre cose. È la prima volta che in maniera paraottica (le frequenze infatti sono solo simili a quelle della luce visibile, perché sono molto più alte) si dimostra che ci sono queste vibrazioni molecolari, che poi sono anche alla base del cosiddetto moto browniano, quello che consente alle molecole di andare a sbattere casualmente da tutte le parti in uno spazio, come nel caso di un fluido o di un gas che riempie un ambiente. Quello che hanno scoperto è che mentre si pensava che queste vibrazioni si estinguessero molto rapidamente, come se dando una botta alla campana questa fosse attutita da un panno all’interno, in realtà queste vibrazioni persistono molto più a lungo. Questo sicuramente vale nel caso dei cristalli puri del lisozima, perché è lì che l’hanno studiato.

Ma questa scoperta di fatto quali benefici può produrre per la medicina?

Chiaruzzi: Forse a questo potrebbe rispondere meglio un fisico delle proteine. Come genetista, onestamente, non capisco come questa scoperta abbia fatto notizia. Mi sembra una scoperta che faccia molto scena, per come è presentata. Certo, si tratta di un’osservazione estremamente sofisticata, che usa una tecnica con dei laser a frequenze elevate, di come vibrano e oscillano le proteine nella loro istantaneità (parliamo di 1000 miliardi di vibrazioni al secondo). Essendo sostanze molto piccole è normale che ci sia questa alta velocità. Una campana grande fa un suono grande, una campana piccola fa un suono acuto: è logico che delle proteine, che sono infinitamente più piccole di una campana e anche di una campanella, risuonino a delle frequenze proporzionalmente più alte. Questo è interessante perché nessuno l’aveva mai visto prima, al livello di infinitamente piccolo. Ma qui si parla di un cristallo puro della proteina; si deve vedere se la proteina all’interno della cellula si comporta nello stesso modo, se continua a vibrare così tanto oppure di meno. Ad ogni modo, un dato di fatto che la ricerca ci racconta è che strutture macromolecolari come le proteine hanno la capacità di oscillare in diverse posizioni, e questo è fondamentale per il funzionamento stesso delle proteine. Ma in parte questo già si ipotizzava, quindi non mi sembra una grande notizia, se devo essere proprio sincero.

Si è parlato addirittura di scoperta della “musica della vita”?

Chiaruzzi: È un titolo che vuole essere ad effetto. Che le proteine vibrino è qualcosa che noi avevamo già supposto. Loro l’hanno visto per la prima volta. Ma nel loro articolo non c’è ad esempio alcun riferimento alla duplicazione del DNA. Certo, guardando al sito del laboratorio si vede come abbiano testato diverse proteine con questa metodica, per vedere quali sono le vibrazioni delle macromolecole, non solo del lisozima. Di DNA non si parla, ma qualora la stessa osservazione fosse fatta anche per la DNA polimerasi la cosa non mi sconvolgerebbe più di tanto. Come genetista, che la vede nell’ottica delle malattie umane, non vedo un immediato utilizzo dal punto di vista terapeutico. Sicuramente c’è una comprensione dei movimenti a livello molecolare che sono poi importanti per capire le transizioni grandi che vengono fatte.

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