I brevetti delle proteine artificiali.

Uno dei brevetti più interessanti sulle proteine artificiali coinvolge uno dei campi medici di maggior interesse: l'immunologia. Nello specifico, si tratta di un particolare tipo di proteine artificiali, la cui capacità di legare le immunoglobuline è maggiore rispetto a quella delle proteine che normalmente si trovano in natura.

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I modelli delle proteine artificiali.

Per sopperire alla mancanza di sangue nel caso di trasfusioni urgenti è stato creato artificialmente un composto sostitutivo, che potrebbe salvare molte persone in pericolo di vita. Il sangue artificiale è stato denominato MP40X ed è stato sintetizzato a partire dall'emoglobina della barbabietola, molto simile a quella umana.

Ecco come si esprime a riguardo il Professor Michele Samaja, colui che ha coordinato il lavoro di ricerca: http://archivio.panorama.it/scienza/salute/Medicina-ecco-il-sangue-artificiale-studio-Italia-Usa-promuove-MP4OX

La sociologia delle proteine artificiali.

Davvero speciale è il ruolo svolto dalla zeolina, la nuova  proteina artificiale prodotta dai ricercatori del CNR, ottenuta unendo la zeina del mais e la faseolina del fagiolo. Possiede un contenuto di amminoacidi essenziali più bilanciato rispetto a quello delle due piante di origine ed è per questo che è stata impiegata per incrementare il valore nutrizionale della cassava, una delle principali fonti di nutrimento per le popolazioni in via di sviluppo.

MAIS+FAGIOLO=ZEOLINA

(La cassava, detta anche manioca)

Le storie ed i protagonisti delle proteine artificiali.

Fin'ora abbiamo parlato di diverse realtà connesse al mondo delle proteine artificiali, ma non ancora di coloro che per primi hanno dato vita al nostro artificiale:

MICHAEL HECT

Michael Hect, docente di chimica presso la Princeton University, che insieme ai propri collaboratori, ha creato per la prima volta delle proteine funzionanti ma completamente diverse da quelle coinvolte nei meccanismi biochimici all'interno del corpo umano.

FRANCES ARNOLD

Frances Arnold, docente di ingegneria chimica, bioingegneria e biochimica presso il California Institute of Technology. Nel 2016 è diventata la prima donna a vincere il Millenium Technology Prize grazie ai suoi studi pionieristici che hanno aperto la strada alla cosiddetta "Evoluzione diretta", ovvero una riproduzione in laboratorio dell' evoluzione naturale finalizzata alla creazione di nuove proteine di migliore qualità. Il metodo Arnold induce mutazioni casuali nel DNA proprio come accade in natura, in questo modo i geni modificati producono proteine con proprietà non esistenti in natura.

I luoghi delle proteine artificiali.

California Institute of Technology

Il California Institute of Technology è un'università privata con sede nella città di Pasadena. È una delle eccellenze statunitensi nel settore della ricerca il cui maggior interesse risiede nel campo ingegneristico e delle scienze naturali. Fra i rappresentanti più illustri dell'Istituto spicca il nome di Frances Arnold, fondatrice dell' Arnold Group, dove scienziati ed alunni collaborano per studiare e sviluppare i principi della progettazione proteica evolutiva.

University of Vienna

Gli scienziati dell'Università di Vienna, sfruttando la potenza di calcolo dei computer del Vienna Scientific Cluster, sono stati in grado di sviluppare un modello che consente di ottenere proteine bioniche che si auto-organizzano fino a raggiungere le struttura più stabile.

Ecco un' animazione 3D di una proteina bionica che si annoda su se stessa fino al raggiungimento della configurazione più stabile:

Per saperne di più: "Proteine bioniche (per ora solo al computer)"

Un glossario trilingue delle proteine artificiali.

GLOSSARIO TRILINGUE DELLE PROTEINE ARTIFICIALI
ITALIANO	INGLESE	TEDESCO
Nanotecnologie	Nanotechnology	Nanotechnologien
Nanoscienza	Nanosciences	Nanowissenschaften
Chimica	Chemistry	Chemie
Industria farmaceutica	Pharmaceutical industry	Pharmaindustrie
Medicina rigenerativa	Regenerative medicine	Regenerative Medizin
Alimentazione	Nutrition	Ernährung
Salute	Health	Gesundheit
Ingegneria biomedica	Biomedical engineering	Biomedizinische Techniken
Ingegneria dei materiali	Materials science and engineering	Ingenieurwissenschaften
Ricerca	Research	Forschung

Le industrie delle proteine artificiali.

Le proteine artificiali non vengono soltanto impiegate in campo medico ma esistono proteine artificiali anche nell'industria alimentare. Ad esempio tanti sono gli atleti che ad oggi utilizzano proteine artificiali per migliorare le prestazioni sportive, altrettante le aziende produttrici tra cui:

(Optimum nutrition)

(Multipower)

(Meritene protein)

(Enervit)

(Ultimate italia)

Le tecnologie delle proteine artificiali.

Come sarà noto a tutti, è impossibile osservare le proteine ad occhio nudo, tuttavia esistono dei metodi per analizzarle! Una delle poche tecnologie disponibili per l’indagine diretta della struttura tridimensionale delle proteine artificiali è l’analisi ai raggi X che consente di ottenere informazioni molto dettagliate in termini di risoluzione a livello atomico. 

(Tappe fondamentali del processo che conduce alla determinazione della struttura di una proteina)

                

( Schema di un esperimento di cristallizzazione con tecnica Hanging-Drop.)

(Diffrattometro con goniometro a geometria K)

 

         

 (Robot (Tecan Freedom EVO 100) in grado di eseguire ampi screening di condizioni di cristallizzazione)

L'artificiale migliora la vita dei nostri muscoli.

Nel campo della medicina rigenerativa è stata creata una proteina artificiale con lo scopo di riparare danni muscolari. La ricerca e’ stata condotta da Dan Dudek quando lavorava presso la University of British Columbia. In particolare, i ricercatori hanno creato una molecola sintetica che è in grado di imitare le proprieta’ della titina, ovvero la proteina che conferisce elasticità ai muscoli.

(Fibra muscolare)

Secondo quanto riferito dalla prestigiosa rivista Nature, la proteina artificiale potrebbe servire come impalcatura biodegradabile per ricostruire i muscoli danneggiati, creando così dei veri e propri muscoli "artificiali".

(Organizzazione strutturale di una fibra muscolare.)

I rischi delle proteine artificiali.

Nel seguente post è riportata la scheda di sicurezza dell'enzima "ECOZIM CULTIVAR", uno fra gli enzimi (ricorda, gli enzimi sono proteine) enologici artificiali CRCBiotek che attivano i processi di trasformazione dell’uva e favoriscono la formazione di vini di qualità. Inoltre, la scheda presenta tutti i rischi associati all'impiego dell'enzima artificiale e le misure precauzionali da adottare.

I simboli delle proteine artificiali.

Ecco i simboli (proiezioni in chimica) dei principali amminoacidi essenziali, ovvero di quegli amminoacidi che non vengono sintetizzati dal nostro organismo e che l'uomo deve introdurre dall'esterno.

Gli amminoacidi, come sappiamo, sono gli elementi costitutivi delle proteine artificiali. Poichè le proteine sono formate da un numero elevato di amminoacidi, per semplicità, quest'ultimi vengono identificati con delle sigle di tre lettere che ne abbreviano il nome.

(Alcune sequenze di catene proteiche)

             

Le specifiche delle proteine artificiali.

Come e perché le proteine vengono riprogettate?

La creazione delle proteine artificiali ha grande importanza in campo medico, dove proteine già esistenti vengono riprogettate per stabilizzare gli avolgimenti desiderati.

Due esempi sono mostrati qui a lato: 

• L'avvolgimento di TC5b è stato preso da una proteina trovata nell'eloderma, ed è stata poi troncata e ridisegnata per ottenere una migliore stabilità.  

• Pda8d deriva il suo avvolgimento da un dito di zinco, ed è stata ridisegnata in modo che lo zinco non sia più necessario per il ripiegamento. 

   Link di riferimento: "Pianeta Chimica - Proteine Artificiali"

I grafici delle proteine artificiali.

Il grafico dell'artificiale confronta le qualità delle "whey protein" con proteine di diversi tipi. Si tratta di una miscela di proteine estratte artificialmente dal siero di latte.

Per valutare la qualità delle proteine si possono prendere in considerazione vari parametri:

• Il valore biologico (B.V.);
• Il rapporto di efficienza proteica (P.E.R)
• L’utilizzazione proteica netta (NPU).

(Grafico che mostra i parametri che vengono impiegati per valutare la qualità delle proteine artificiali sopra citate)

Le statistiche delle proteine artificiali.

Analisi statistica sulla strutturale sperimentale di una particolare proteina artificiale: il biorecettore KE1. Dall'analisi risulta che il 100% dei residui della catena presentano angoli torsionali che li collocano in regioni del grafico di Ramachandran molto favorite dal punto di vista energetico. Questa statistica indica che non ci sono residui con conformazione stressata e che molto probabilmente la conformazione della catena principale è corretta. 

         (Plot di Ramachandran per la struttura sperimentale del biorecettore KE1.
     Sono rappresentate le conformazioni favorite di ogni singolo residuo)

 (Struttura sperimentale del biorecettore KE1)

I numeri delle proteine artificiali.

I ricercatori dell'Università del Western Ontario hanno cercato di produrre le prime fibre artificiali a partire dal muco delle missine (post [E]), impiegando sia le proteine prodotte dalle ghiandole del muco che la vimentina.  A tale scopo i ricercatori hanno liofilizzato le proteine, le hanno dissolte in un acido e poi versato la soluzione sopra un buffer. Dopodiché è stato possibile estrarre dalle proteine dei veri e propri fili!

Si è provato che i fili di  proteine artificiali di missine si spezzano ad una tensione intorno ai 150 MPa, direi un ottimo risultato per delle proteine!

Le proteine artificiali nei fumetti.

FUMETTO: l'Uomo Ragno

IDEATORI:  lo scrittore Stan Lee e il disegnatore Steve Ditko

(Uomo Ragno, Raccolta n°1,"I fantastici quattro")

Certamente vi chiederete qual è il nesso tra Spiderman e le proteine artificiali. Il protagonista del fumetto, Peter Parker,  è uno scienziato che ha inventato ragnatele artificiali che gli consentono di spostarsi agilmente tra i palazzi della grande mela. Strano ma vero, le ragnatele in natura sono composte per circa il 50% da catene proteiche. Sembra proprio che l'uomo ragno sia stato un pioniere delle proteine artificiali

Le proteine artificiali nella musica.

Una coppia di scienziati, Jonathan N. Middleton e Robert P. Bywater, ha inventato un metodo innovativo per studiare le proteine artificiali e non, trasformando le stringhe di amminoacidi in sequenze di note: 

(Sequenza di note ricostruita sulla base delle caratteristiche di idrofobicità degli amminoacidi)

Tramite il processo di sonificazione è stato anche possibile convertire le stringhe proteiche in un brano musicale. A questo link è possibile ascoltare la musica suonata dal dominio proteico mostrato nella seguente immagine:

(Immagine: Bywater and Middleton, Heliyon 2016)

Le proteine artificiali nel cinema.

• FILM: "Io sono leggenda"
• REGISTA: Francis Lawrence
• PROTAGONISTA: Robert Neville è un brillante scienziato, che non riesce a contenere l'incurabile virus creato dagli esseri umani. Neville ne è immune ed è l'ultimo uomo sopravvissuto di New York City e forse della Terra. In realtà Neville non è solo...Per chi volesse conoscere il resto della storia: https://it.wikipedia.org/wiki/Io_sono_leggenda_(film)
• L'ARTIFICIALE NEL FILM: l'artificiale è costituito dal virus creato dall'uomo.

(Locandina de "Io sono Leggenda")

Per saperne di più ecco il trailer del film:

Le proteine artificiali nella letteratura narrativa.

• LIBRO: Inferno 
• AUTORE: Dan Brown
• PROTAGONISTA: Robert Langdon
• L'ARTIFICIALE NEL LIBRO: virus artificiale dal nome "Inferno". 

N.B: i virus artificiali possono essere considerati delle vere e proprie proteine artificiali dal momento che il capside dei virus è costituito da proteine.

(Copertina del libro "Inferno")

Dal best-seller di Dan Brown è stato tratto l'omonimo film "Inferno"(2016).

Trailer "Inferno":