Uno studio guidato da Rutgers fa luce su uno dei misteri della scienza più duraturi: come ha fatto il metabolismo,il processo attraverso il quale la vita si alimenta convertendo energia dal cibo in movimento e crescita?
Per rispondere a questa domanda, i ricercatori hanno invertito la progettazione di una proteina primordiale e l’hanno inserita in un batterio vivente, dove ha alimentato con successo il metabolismo, la crescita e la riproduzione della cellula, secondo lo studio in Proceedings of the National Academy of Sciences.
Le origini del metabolismo
“Siamo più vicini alla comprensione del funzionamento interno della cellula antica che era l’antenato di tutta la vita sulla terra – e, quindi, alla comprensione di come la vita è nata in primo luogo, e dei percorsi che la vita avrebbe potuto prendere su altri mondi”, ha detto l’autore principale Andrew Mutter, un associato post-dottorato presso il Dipartimento di Scienze marine e costiere della Rutgers University.
La scoperta ha anche implicazioni per il campo della biologia sintetica, che sfrutta il metabolismo dei microbi per produrre sostanze chimiche industriali; e bioelettronica, che cerca di applicare i circuiti naturali delle cellule per l’accumulo di energia e altre funzioni.
I ricercatori hanno esaminato una classe di proteine chiamate ferredoxine, che supportano il metabolismo in batteri, piante e animali spostando l’elettricità attraverso le cellule. Queste proteine hanno forme diverse e complesse negli esseri viventi di oggi, ma i ricercatori ipotizzano che siano tutte nate da una proteina molto più semplice che era presente nell’antenato di tutta la vita.
Analogamente al modo in cui i biologi mettono a confronto i moderni uccelli e rettili per trarre conclusioni sul loro antenato condiviso, i ricercatori hanno confrontato le molecole di ferredoxina presenti negli esseri viventi e, utilizzando modelli computerizzati, hanno progettato forme ancestrali che potrebbero essere esistite in una fase precedente dell’evoluzione di vita.
Quella ricerca ha portato alla creazione di una versione base della proteina, una semplice ferredossina in grado di condurre l’elettricità all’interno di una cellula e che, nel corso di eoni di evoluzione, avrebbe potuto dare origine a molti tipi oggi esistenti.
Quindi, per dimostrare che il loro modello dell’antica proteina poteva effettivamente supportare la vita, la inserirono in una cellula vivente. Hanno preso il genoma dei batteri di E. coli, rimosso il gene che usa per creare ferredoxin in natura e impiantato in un gene per la loro proteina modificata. La colonia di E. coli modificata sopravvisse e crebbe anche se più lentamente del normale.
Il coautore dello studio Vikas Nanda, professore alla Rutgers Robert Wood Johnson Medical School e al Center for Advanced Biotechnology and Medicine, ha detto che le implicazioni della scoperta per la biologia sintetica e la bioelettronica derivano dal ruolo delle ferredine nel circuito della vita.
“Queste proteine convogliano l’elettricità come parte del circuito interno di una cellula.Le ferredoxine che appaiono nella vita moderna sono complesse, ma abbiamo creato una versione ridotta che supporta ancora la vita.I futuri esperimenti potrebbero costruire su questa versione semplice per possibili applicazioni industriali “, Ha detto Nanda.