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17 maggio 2021

Frances Hamilton Arnold e la libreria delle proteine

#Chemicalhistory, una rubrica dedicata ai personaggi, alle intuizioni e alle scoperte che hanno fatto la storia della chimica, dalle origini fino ai giorni nostri.

Ci sono libri che cambiano la vita, anche per chi è cresciuto tra numeri e provette. E’ quello che è successo a Frances Arnold, biochimica e ingegnere statunitense, mentre si trovava a Madrid per lavoro nel 1976. Leggendo “La biblioteca di Babele” di Jorge Luis Borges, composta idealmente da tutti i libri che si possono ottenere mescolando le lettere dell’alfabeto, si immedesimò nel bibliotecario descritto nel libro e immaginò di girare tra quegli scaffali sterminati cercando quello che contiene le risposte a tutti i misteri fondamentali dell’umanità.

Ed ecco l’idea per la sua ricerca: viaggiare nella grande biblioteca delle proteine che la natura ci ha messo a disposizione! Decise di partire da sequenze note di enzimi (le proteine che catalizzano reazioni chimiche) e introdusse una mutazione nei geni che le codificano. Così esplorò l’insieme di tutti gli enzimi potenziali che differiscono per una sola mutazione rispetto all’originale. Gran parte di quelle versioni modificate non funzionavano correttamente, e venivano scartate. Ogni tanto però una mutazione migliorava l’efficienza dell’enzima: in quel caso veniva selezionata e su quella introduceva un’altra mutazione, e così via di nuovo. Poi combinò anche parti di proteine diverse, le modificò e ottenne enzimi in grado di svolgere funzioni inesistenti in natura. Insomma, fece in laboratorio ciò che l’evoluzione per selezione naturale fa da miliardi di anni. Fu un lavoro lungo, sfiancante, che richiese infinita pazienza. I colleghi la scoraggiarono, ma Frances decise di insistere nel suo lavoro, fino ad ottenere un risultato sorprendente: una tecnica chiamata evoluzione direzionata, oggi adottata nei laboratori di tutto il mondo, che le è valsa il Premio Nobel per la chimica nel 2018. La chiave di volta della sua scoperta è l’evoluzione e l’incredibile capacità degli esseri viventi di trasformarsi nel tempo, adattarsi ai contesti più diversi, riutilizzare in modo accurato e ingegnoso materiali semplici, ricombinandoli continuamente in nuove soluzioni.
La scienza, come tutte le attività umane, è evolutiva. Costruiamo aggiungendo e ricombinando ciò che è già presente”, ha affermato in una celebre intervista.

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