Il Nobel per la Chimica 2024 celebra recenti successi nello studio delle strutture di proteine con l’assegnazione del premio a David Baker per la progettazione computazionale di proteine e a Demis Hassabis e John Jumper per la predizione di strutture proteiche.
Le proteine sono grandi molecole essenziali per la vita in quanto costituiscono elementi strutturali e motori delle cellule e controllano i processi biochimici che avvengono negli esseri viventi. La diversità delle proteine origina da una diversa combinazione delle unità fondamentali, gli amminoacidi, nelle lunghe catene che le compongono. Per comprendere la funzione di una proteina, o il suo malfunzionamento nel caso di alcune patologie, è cruciale conoscere la struttura tridimensionale, o la mancanza di struttura, che assume la catena amminoacidica.
Da Kendrew e Perutz, pionieri della cristallografia a raggi X negli anni 1950, a Wüthrich con la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare e le più recenti tecniche di microscopia elettronica, gli scienziati hanno sviluppato strumenti sempre più sofisticati per svelare la struttura tridimensionale di queste molecole fondamentali.
Parallelamente ai progressi sperimentali, negli anni sono stati prodotti grandi sforzi nel tentativo di sviluppare metodi computazionali per la predizione delle strutture proteiche sulla base delle sole sequenze amminoacidiche. I primi modelli computazionali furono di grande supporto alla biologia strutturale ma limitati nell’accuratezza. Recentemente Hassabis ha introdotto i metodi dell’intelligenza artificiale nel programma AlphaFold ed ottenuto ottimi risultati nella predizione delle strutture proteiche. La successiva introduzione delle innovative reti neurali chiamate ‘transformers’ nella nuova versione del programma, AlphaFold2, grazie al contributo di Jumper, ha permesso di determinare strutture con accuratezza prossima a quella sperimentale. Anche Baker partecipò alla competizione per la predizione computazionale di strutture con il suo programma Rosetta. La sua intuizione fu però quella di sfruttare le predizioni al contrario, ovvero predire sequenze amminoacidiche che potessero dare luogo a proteine non naturali con proprietà specifiche. Questi successi aprono nuove frontiere nella progettazione di farmaci, vaccini più efficaci, sensori e nanomateriali e possono contribuire ad un’industria chimica più sostenibile.
Diversi gruppi di ricerca dell’università di Verona, operanti nei settori della biologia strutturale, della chimica bioorganica e della biochimica, sono attivamente coinvolti nello studio delle strutture proteiche. Le recenti scoperte premiate con il Nobel per la Chimica sottolineano l’importanza di questa ricerca di base per lo sviluppo di nuove terapie, materiali e tecnologie.
Michael Assfalg, docente di Chimica organica del dipartimento di Biotecnologie
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