Affrontando una delle domande rimaste tra le più irrisolte della biologia, un team guidato dalla Rutgers University ha scoperto le strutture delle proteine che potrebbero essere responsabili delle origini della vita nel brodo primordiale della Terra. Lo studio appare sulla rivista Science Advances *.
I ricercatori hanno esplorato come la vita primitiva possa aver avuto origine sul nostro pianeta da materiali semplici e non viventi. Hanno chiesto quali proprietà definiscono la vita come la conosciamo e hanno concluso che qualsiasi cosa viva avrebbe avuto bisogno di raccogliere e utilizzare energia, da fonti come il sole o idrotermali.
In termini molecolari, ciò significherebbe che la capacità di mescolare gli elettroni era fondamentale per la vita. Poiché i migliori elementi per il trasferimento di elettroni sono i metalli (si pensi ai fili elettrici standard) e la maggior parte delle attività biologiche sono svolte dalle proteine, i ricercatori hanno deciso di esplorare la combinazione dei due, ovvero le proteine che legano i metalli.
Hanno confrontato tutte le strutture proteiche esistenti che legano i metalli per stabilire eventuali caratteristiche comuni, sulla base del presupposto che queste caratteristiche condivise erano presenti nelle proteine ancestrali e sono state diversificate e tramandate per creare la gamma di proteine che vediamo oggi.
L’evoluzione delle strutture proteiche implica la comprensione di come nuove pieghe siano nate da quelle esistenti in precedenza, quindi i ricercatori hanno progettato un metodo computazionale che ha scoperto che la stragrande maggioranza delle proteine leganti i metalli attualmente esistenti, sono in qualche modo simili indipendentemente dal tipo di metallo a cui si legano, dall’organismo da cui provengono o dalla funzionalità assegnata alla proteina nel suo insieme.
«Abbiamo visto che i nuclei leganti i metalli delle proteine esistenti sono effettivamente simili anche se le proteine stesse potrebbero non esserlo», ha affermato l’autrice principale dello studio Yana Bromberg, professore presso il Dipartimento di Biochimica e Microbiologia della Rutgers University-New Brunswick. «Abbiamo anche visto che questi nuclei di legatura metallica sono spesso costituiti da sottostrutture ripetute, un po’ come i mattoncini della LEGO. Curiosamente, questi mattoncini sono stati trovati anche in altre regioni delle proteine, non solo nei nuclei che legano i metalli, e in molte altre proteine che non sono state considerate nel nostro studio. La nostra osservazione suggerisce che i riarrangiamenti di questi piccoli elementi costitutivi potrebbero aver avuto un singolo o un piccolo numero di antenati comuni e dato origine all’intera gamma di proteine e alle loro funzioni attualmente disponibili, cioè alla vita come la conosciamo».
«Abbiamo pochissime informazioni su come è nata la vita su questo pianeta e il nostro lavoro fornisce una nuova spiegazione», ha affermato Bromberg, la cui ricerca si concentra sulla decifrazione dei modelli di DNA del macchinario molecolare della vita. «Questa spiegazione potrebbe anche potenzialmente contribuire alla nostra ricerca della vita su altri pianeti e corpi planetari. La nostra scoperta degli elementi costitutivi specifici della struttura è forse rilevante anche per gli sforzi di biologia sintetica, in cui gli scienziati mirano a costruire di nuovo proteine specificamente attive».
Lo studio, finanziato dalla NASA, includeva anche ricercatori dell’Università di Buenos Aires.
* Quantifying structural relationships of metal-binding sites suggests origins of biological electron transfer