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Amiloide: una proteina auto-replicante alla base di diverse forme di vita

Amiloide: una proteina auto-replicante alla base di diverse forme di vitaI laghi in un ambiente vulcanico potrebbero essere stati il terreno fertile per i primi composti biochimici da 4 a 4,5 miliardi di anni fa. (Illustrazione: Dhilung Kirat / Wikimedia, ETH Zurigo)

Gli scienziati dell'ETH (Istituto Federale Svizzero di Tecnologia di Zurigo) sono riusciti a dimostrare che una struttura proteica diffusa in natura - l'amiloide - è teoricamente in grado di moltiplicarsi. Questo la rende un potenziale predecessore di molecole che sono considerate i mattoni della vita.


Gli amiloidi, da lungo tempo considerati una aberrazione biologica, sono aggregati fibrosi di brevi frammenti proteici, e hanno una cattiva reputazione perché sono ritenuti la causa di molteplici malattie neurodegenerative, tra cui l'Alzheimer, il Parkinson e la Creutzfeldt-Jakob.


Solo di recente i ricercatori hanno scoperto che gli amiloidi si presentano come blocchi strutturali e funzionali in un'ampia gamma di forme di vita, dai batteri, ai lieviti, ai funghi, agli esseri umani. Nei vertebrati, hanno un ruolo nella produzione del pigmento melanina, mentre le cellule di lievito usano aggregati amiloidi per formare una sorta di memoria molecolare.


Catalizzatori nell'evoluzione prebiotica

Composte da peptidi corti, le fibre amiloidi possono accelerare le reazioni chimiche in modo simile agli enzimi; così sono state viste per diversi anni come candidati per le prime molecole precursori della vita. Fino ad ora, tuttavia, mancava una importante proprietà chimica nella teoria del ruolo degli amiloidi nell'abiogenesi: l'autoreplicazione.


I primi sostenitori dell'ipotesi dell'amiloide includono il professore Roland Riek e il suo assistente senior Jason Greenwald, del Laboratorio di Chimica Fisica dell'ETH. In un esperimento, ora sono riusciti a dimostrare che gli amiloidi possono fungere da modello chimico per la sintesi di peptidi corti.


E il punto critico è: "Questa capacità si applica potenzialmente anche all'amiloide stesso, il che significa che le molecole possono auto-replicarsi", afferma Riek. I ricercatori hanno riferito la loro scoperta su Nature Communications.


Modello di auto-replica

La capacità di auto-replicarsi è considerata un prerequisito essenziale per ogni forma iniziale di vita. Dimostrando che gli amiloidi si auto-replicano, Riek e il suo team non solo hanno evidenziato un altro aspetto sorprendente di questa proteina molto sottovalutata, ma hanno anche inserito un legame precedentemente mancante nell'argomento dell'ipotesi amiloide.


Quasi due anni prima, gli scienziati dell'ETH avevano già dimostrato in un esperimento che le strutture amiloidi possono formarsi spontaneamente con facilità sorprendente, da semplici aminoacidi che probabilmente esistevano già quando la Terra era ancora senza vita, e in condizioni di reazione che appaiono molto plausibili per la zuppa primordiale (come riportato da ETH News).


Lo stesso vale per la sintesi del peptide appena scoperta: "Il meccanismo di reazione sembra essere di natura generale. È stabile su un'ampia gamma di temperature e concentrazioni di sale, sia in ambiente acido che alcalino", spiega Greenwald.


Questa scoperta rafforza l'opinione dei ricercatori sul fatto che, all'inizio della storia evolutiva, gli amiloidi avrebbero potuto avere un ruolo centrale nello sviluppo delle prime forme di vita, come vettori di informazioni e unità catalitiche.

 

Non solo un mondo di RNA

Fino ad ora, tuttavia, l'idea più diffusa dell'inizio molecolare della vita era l'ipotesi RNA, che vede l'acido ribonucleico (RNA) come l'unico protagonista nella zuppa primordiale prebiotica. Questo perché, come il DNA del materiale genetico, le molecole di RNA possono codificare le informazioni e sono anche in grado di auto-replicarsi.


I ricercatori dell'ETH si stanno ora allontanando dal dogma prevalente di un mondo basato sull'RNA. Pensano che l'ipotesi dell'amiloide sia più plausibile; in primo luogo, perché le molecole di RNA con una funzione biologica sono molto più grandi e più complesse, quindi è improbabile che si formino spontaneamente in condizioni prebiotiche. "Inoltre, gli amiloidi sono molto più stabili dei primi polimeri dell'acido nucleico e hanno una via di sintesi abiotica molto più semplice rispetto alla complessità dei noti catalizzatori RNA", afferma Greenwald.


Riek aggiunge: "Non saremo mai in grado di dimostrare quale è la verità, perché per farlo dovremmo invertire gli ultimi 4/4,5 miliardi di anni di evoluzione. Tuttavia, sospettiamo che non si trattasse di uno solo, ma di vari processi molecolari, con diverse molecole predecessori che sono state coinvolte nella creazione della vita".

 

 

 


Fonte: Michael Keller in ETH Zurich (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Saroj K. Rout, Michael P. Friedmann, Roland Riek, Jason Greenwald. A prebiotic template-directed peptide synthesis based on amyloids. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-017-02742-3

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