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BIOTECNOLOGIE/ Il biocarburante che nasce piegando le molecole

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Attualmente i modelli e gli strumenti di simulazione, disponibili per progettare in modo funzionale complessi dispositivi biologici sintetici volti poi all’applicazione, sono molto limitati. In un recente articolo pubblicato su Science (“Model-Driven Engineering of RNA Devices to Quantitatively Program Gene Expression”) è stato proposto un innovativo approccio di progettazione e di guida, che utilizza modelli meccanici e cinetici per simulare il ripiegamento della struttura del RNA (folding), fondamentale nello studio della regolazione dell’espressione genica. Tale metodica, assistita dall’utilizzo del computer che facilita la progettazione di molecole di RNA, è stata creata al Joint BioEnergy Institute (Jbei) di San Francisco, unità appartenente al Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (Doe). L’interesse del Jbei è principalmente focalizzato sullo sviluppo di biocarburanti avanzati.

Nei diversi livelli biologici, DNA, RNA e proteine, non bisogna tralasciare le interazioni: tra i geni, le proteine e le cellule vi è un’elevata complessità funzionale. L’utilizzo di simulazioni in vitro e in silicio potrà facilitare la comprensione della funzionalità in vivo dei processi metabolici atti alla produzione di nuove sostanze, importanti in diversi settori: terapeutico, farmaceutico ed energetico, quest’ultimo rivolti alla produzione di biocarburanti e di nuovi materiali.

In questi anni l’interesse è stato rivolto allo studio di forme ripiegate di RNA, note come aptameri, ribozimi e aptazimi. Più precisamente gli aptameri sono acidi nucleici a singolo filamento, lunghi 30-70 nucleotidi, caratterizzati da una specifica struttura tridimensionale che si lega direttamente alla proteina bersaglio; mentre i ribozimi, detti enzimi acidi ribonucleici, sono molecole di RNA con una struttura terziaria ben definita in grado di catalizzare una reazione chimica. I ribozimi, inoltre, contengono nella loro sequenza un sito attivo tipico del RNA ribosomiale e sono in grado di scindere i legami fosfodiesterici della propria sequenza o di altri RNA.

Nelle cellule è ben noto che i diversi RNA elaborano le informazioni contenute nel DNA e regolano l’espressione genica a livello della trascrizione, traduzione e degradazione. Così aptameri, ribozimi e aptazimi sintetici assemblati in modo statico o dinamico come regolatori di risposta possono controllare l’espressione dei geni in cellule di batteri, lieviti e mammiferi. Utilizzando i modelli e le simulazioni sviluppate al Jbei, quindi, si è potuto creare e si creeranno sistemi di controllo complessi basati su RNA, in grado di regolare un grande numero di geni con la finalità di ottenere prodotti desiderati.



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