Modifiche chimiche migliorano l’efficienza dei ribozimi, lo dimostra uno studio del Cnr

Un team di ricercatori del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr) ha scoperto come piccole modifiche chimiche possano aumentare notevolmente l’efficienza dei ribozimi, molecole di RNA in grado di accelerare reazioni chimiche. Lo studio, pubblicato su Nature Communications, ha analizzato un ribozima chiamato MTR1, il cui rendimento è stato migliorato con l’aggiunta di due gruppi metile in punti specifici della sua struttura. Questa scoperta potrebbe aprire nuove possibilità per la progettazione di ribozimi artificiali più performanti, utilizzabili in ambiti come la biotecnologia e la comprensione dell’evoluzione della vita. La ricerca è frutto di una collaborazione internazionale tra il Cnr-Iom e partner esteri, con l’obiettivo di comprendere meglio il comportamento di queste molecole e migliorarne le prestazioni.

La rigidità strutturale aumenta l’efficienza

I ricercatori hanno chiarito che le modifiche chimiche non agiscono direttamente sulla reazione, ma rendono la struttura dell’RNA più rigida, permettendo agli atomi coinvolti nella catalisi di mantenere una posizione ottimale. Questo effetto, che ha portato a un aumento fino a quindici volte dell’efficienza, è stato verificato grazie a simulazioni al computer e a analisi della struttura tridimensionale della molecola. La rigidità indotta dai gruppi metile facilita la reazione chimica, rendendola più rapida e efficiente. Questo meccanismo offre un principio concreto per progettare ribozimi artificiali con prestazioni superiori.

Un gruppo metile è una delle più piccole unità chimiche esistenti, costituita da un solo atomo di carbonio legato a tre atomi di idrogeno. Pur essendo formato da appena quattro atomi, quando aggiunti al ribozima MTR1 modificano profondamente la sua attività biologica. Finora, però, non era chiaro perché queste modifiche avessero un effetto così marcato. Il lavoro del team ha rivelato che i gruppi metile non intervengono direttamente nella reazione chimica, ma influenzano la conformazione della molecola, permettendo una catalisi più efficiente.

Implicazioni per l’evoluzione della vita

La scoperta ha anche implicazioni nella comprensione delle prime fasi dell’evoluzione della vita. Secondo l’ipotesi del mondo a RNA, le prime forme di vita potrebbero aver dipenduto da molecole di RNA in grado di catalizzare reazioni chimiche. Comprendere come modifiche chimiche influenzino l’attività di questi ribozimi potrebbe aiutare a ricostruire i meccanismi che hanno favorito l’evoluzione delle prime forme di vita. Questi risultati potrebbero contribuire a una maggiore comprensione delle basi chimiche della vita.

Lo studio è il risultato di una stretta collaborazione internazionale con il gruppo di ricerca guidato da Claudia Höbartner, dell’Università di Würzburg (Germania), da anni impegnata nella progettazione e nello sviluppo di ribozimi artificiali. La ricerca ha visto la partecipazione di Jana Aupic, prima autrice dello studio, e di Alessandra Magistrato, che ha coordinato il team. L’obiettivo è non solo migliorare le prestazioni dei ribozimi, ma anche comprendere meglio il loro ruolo nella biologia e nell’evoluzione. Questi risultati aprono nuove strade per lo sviluppo di catalizzatori artificiali e potrebbero contribuire a una maggiore comprensione delle basi chimiche della vita.

La ricerca è stata sostenuta da un finanziamento PNRR nell’ambito del Centro nazionale per lo Sviluppo di Terapia genica e Farmaci con Tecnologia a RNA. I ricercatori sperano che questa scoperta possa portare a nuove applicazioni in biotecnologia, come la progettazione di catalizzatori artificiali più efficienti, con possibili impatti su settori come la medicina e l’industria chimica. La comprensione di come piccole modifiche chimiche influenzino l’efficienza dei ribozimi potrebbe anche aiutare a ricostruire i possibili meccanismi che hanno favorito l’evoluzione delle prime forme di vita sulla Terra.