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La biosintesi del cianobatterio apre una nuova classe di composti naturali per applicazioni in medicina e agricoltura — ScienceDaily

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I ricercatori nei gruppi del Prof. Tobias Gulder della TU Dresda e il Prof. Tanja Gulder dell’Università di Lipsia è riuscita a comprendere i meccanismi biosintetici per la produzione del prodotto naturale cianobatteri, che in Natura è prodotto in piccole quantità dal cianobatteri Scytonema hofmanni. Nel processo, hanno anche scoperto una nuova classe di enzimi per la costruzione di legami carbonio-carbonio. I (bio)chimici stanno così ampliando significativamente il repertorio biocatalitico attualmente conosciuto da Nature e stanno aprendo nuove applicazioni biotecnologiche sostenibili in medicina e agricoltura. I risultati della collaborazione sono stati ora pubblicati sulla rivista Biologia chimica della natura.

Il fatto che la Natura sia un ottimo chimico è dimostrato dall’abbondanza di molecole, cosiddetti prodotti naturali, che produce biosinteticamente. Questi prodotti naturali sono di fondamentale importanza anche per noi umani. Sono usati in molti modi nella nostra vita quotidiana, soprattutto come agenti attivi in ​​medicina e agricoltura. Esempi di spicco sono gli antibiotici come le penicline isolate dalle muffe, il farmaco antitumorale Tassolo dal tasso del Pacifico e le piretrine presenti nei crisantemi, che vengono utilizzate per combattere le infestazioni di parassiti. La conoscenza e la comprensione dell’assemblaggio biosintetico di tali composti da parte della Natura è essenziale per lo sviluppo e la produzione di farmaci basati su tali composti. In questo contesto, i ricercatori dei gruppi del Prof. Tobias Gulder (TU Dresda) e il Prof. Tanja Gulder (Università di Lipsia) ha studiato congiuntamente la biosintesi del cianobatterio, che è altamente tossico per gli organismi fotosintetici ed è prodotto in piccole quantità in natura dal cianobatterio Scytonema Hofmann. Nel loro lavoro, i (bio)chimici non solo sono stati in grado di chiarire per la prima volta la biosintesi del prodotto naturale, ma hanno anche scoperto una nuova trasformazione enzimatica per la formazione di legami carbonio-carbonio.

Questo lavoro è stato reso possibile combinando strumenti moderni di bioinformatica, biologia sintetica, enzimatica e analisi (bio)chimica. L’attenzione si è concentrata su come viene prodotta la parte centrale dello scheletro di carbonio del cianobatterio. I presunti geni per questo sono stati prima clonati con il metodo del “Direct Pathway Cloning” (DiPaC) e quindi attivati ​​nell’organismo modello E.coli come una fabbrica di cellule. DiPaC è un nuovo metodo di biologia sintetica precedentemente sviluppato nel laboratorio di Tobias Gulder, Professore di Biochimica Tecnica alla TU Dresda. “DiPaC ci consente di trasferire interi percorsi biosintetici di prodotti naturali in sistemi ospiti ricombinanti in modo molto rapido ed efficiente”, spiega Tobias Gulder. Nella fase successiva, il team di ricerca ha analizzato le singole fasi essenziali della biosintesi dei cianobatteri producendo inoltre tutti gli enzimi chiave nell’organismo ospite E.coli, isolandoli e quindi studiando la funzione di ciascun enzima. Nel processo, si sono imbattuti in una classe di enzimi precedentemente sconosciuta chiamata sintasi furanolide. Questi sono in grado di catalizzare la formazione di legami carbonio-carbonio seguendo un meccanismo insolito. In ulteriori studi di questi sintasi furanolidequesti enzimi si sono rivelati efficienti in vitro biocatalizzatori, il che li rende altamente attraenti per le applicazioni biotecnologiche.

“Con il sintasi furanolideabbiamo ottenuto uno strumento enzimatico che ci consentirà di sviluppare in futuro metodi più rispettosi dell’ambiente per la produzione di composti bioattivi e quindi di dare un contributo significativo a una chimica più sostenibile”, spiega la prof.ssa Tanja Gulder dell’Istituto di chimica organica di Università di Lipsia Successivamente, i due gruppi di ricerca vogliono cercare in modo specifico questi nuovi biocatalizzatori anche in altri organismi, e quindi trovare nuovi membri bioattivi di questa classe di prodotti naturali, oltre a sviluppare metodi per la produzione biotecnologica e la diversificazione strutturale del cianobatterino. Il nostro lavoro apre la strada allo sviluppo completo di un’entusiasmante classe di prodotti naturali per applicazioni in medicina e agricoltura”, concordano i due scienziati.

Fonte storia:

Materiali fornito da Università Tecnica di Dresda. Nota: il contenuto può essere modificato per stile e lunghezza.



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