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22 settembre 2010

Università di Parma : Una nuova via biochimica permette ai batteri di utilizzare un prodotto di scarto del metabolismo umano

Pubblicati sull’edizione on-line di Nature Chemical Biology i risultati di uno studio di un gruppo di ricerca delle Università di Parma e Padova

Sono stati pubblicati sull’edizione on-line di Nature Chemical Biology, la più autorevole rivista internazionale di studi biochimici, i risultati di un importante studio condotto da un gruppo di ricerca delle Università di Parma e Padova. In particolare, la ricerca è stata condotta presso il Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare dell’Ateneo da Roberto Costa, Ileana Ramazzina, Rodolfo Berni, Alessio Peracchi e Riccardo Percudani, e presso il Dipartimento di Chimica Biologica dell’Università di Padova da Laura Cendron e Giuseppe Zanotti.
Sostanze che vengono eliminate dall’uomo e da altri animali come scarti del metabolismo possono essere utilizzate da microorganismi (ad esempio batteri che colonizzano l’intestino umano) come fonti di nutrimento. E’ il caso delle basi puriniche, componenti del DNA e dell’RNA, che vengono prima trasformate in forma ossidata e poi eliminate per ridurre l’eccesso di azoto dell’organismo.

Nell’uomo, il prodotto della degradazione delle purine è l’acido urico, una molecola poco solubile che, quando presente in concentrazioni eccessive, si deposita a livello delle articolazioni o dei reni provocando una malattia nota come gotta. Un tempo etichettata come malattia dei ricchi – era definita la malattia dei re – la gotta è divenuta in tempi moderni una patologia democratica, costituendo la forma più comune di artrite infiammatoria nei paesi sviluppati e in via di sviluppo.
Paradossalmente, l’acido urico eliminato dal metabolismo umano deriva da molecole che richiedono un notevole investimento di materiali ed energia. Ad oggi non si conosceva una via metabolica che permettesse di recuperare almeno in parte le molecole investite nella sintesi delle purine. Ora una via metabolica che consente il recupero di una sostanza utile per la cellula (l’aminoacido glicina) dall’acido urico è stata identificata in alcuni microorganismi. I ricercatori hanno utilizzato l’analisi bioinformatica di genomi per prevedere il funzionamento di una sequenza di DNA codificante per una proteina a funzione ignota e hanno utilizzato le tecniche di ingegneria genetica per produrre la proteina in forma isolata e studiarne l’attività con spettroscopia NMR e cristallografia ai raggi X. Queste ricerche hanno rivelato l’esistenza di un nuovo tipo di transaminasi, una classe di enzimi essenziali per tutti gli organismi. I substrati della reazione catalizzata dal nuovo enzima sono due molecole prodotte dalla degradazione delle purine (ureidoglicina e gliossilato). L’attività dell’enzima consente quindi alla cellula di recuperare glicina da questi substrati, senza un costo energetico.

Le somiglianze strutturali tra la transaminasi batterica e le transaminasi di uomo e altri animali hanno permesso di ricostruire la storia evolutiva della proteina, datandone l’origine in concomitanza con la comparsa degli animali, ovvero gli organismi che eliminano grandi quantità di purine ossidate. Questo suggerisce, ipotizzano i ricercatori, che la proteina si sia evoluta in alcuni microrganismi per sfruttare questa nuova fonte di nutrimento. Lo sfruttamento di tale risorsa è iniziato probabilmente in batteri presenti nel tratto digestivo di animali primitivi. Nell’uomo, una parte dell’acido urico presente nel sangue viene trasferito nell’intestino. La presenza nel tratto digestivo di batteri in grado di metabolizzare efficacemente l’acido urico potrebbe essere tra i fattori che determinano i livelli generali di acido urico e la possibilità di sviluppare le patologie correlate alla gotta.

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