La progettazione di organismi con nuove funzioni richiede una modellazione sostanziale che supera di gran lunga la potenza di calcolo dei singoli computer. Con il supporto dei volontari, la piattaforma iGEM@Home può aiutare i gruppi iGEM a realizzare attività computazionali che si presentano durante i loro progetti e consentire loro di svolgere nuovi approcci alla Biologia Sintetica.
Predizione proteica
Le proteine e in maniera particolare sono gli essenziali “cavalli di battaglia” nella vita. Aiutano la digestione del cibo, aiutano il trasporto dell’ossigeno e permettono ai muscoli di muoversi. Quasi tutte le reazioni nel vostro corpo sono possibili grazie alle proteine. E la maggior parte delle reazioni proteiche devono avere una conformazione unica. La predizione di questa conformazione è lo scopo del Team iGEM di Hidelberg grazie a iGEM@Home. In questo modo possiamo ulteriormente sapere come cambiamenti nelle sequenze proteiche cambino la conformazione finale e come potrebbe influenzare la funzionalità delle proteine.
Cosa sono le proteine?
Le proteine sono catene composte da piccoli blocchi che ripiegano in un modo unico. La sequenza dei blocchi, chiamati amminoacidi, determina la forma e quindi anche la funzionalità della proteina. Già durante la produzione, quando viene aggiunto un blocco dopo l’altro, le proteine sono ripiegabili nella loro forma funzionale. Questo processo può essere confrontato con l’avvolgimento di un gomitolo di lana. Solo che il ripiegamento delle proteine è diretto dalle interazioni tra i singoli blocchi.
Ripiegamento proteico
Il ripiegamento proteico è un importante campo di ricerca in biologia, dal momento che le proteine sono così importanti e il processo è abbastanza complicato. Potreste aver già sentito parlare di grossi progetti come Folding@Home o Rosetta@Home. Lo scopo di questi progetti è di capire come e perché le proteine ripieghino. Ma perché è così complicato?
Come abbiamo detto, le proteine sono costruite da molti piccoli blocchi, di solito alcune centinaia. Ci sono 20 differenti blocchi “costruttivi” che hanno diverse rispetto alle dimensioni, alla solubilità e alla carica. In base a queste caratteristiche, gli aminoacidi cominciano ad interagire l’un l’altro, creando una complicata rete di forze attrattive e repulsive. Trovare la più probabile conformazione nello spazio tra tutte le possibili non è come trovare l’ago nel pagliaio, ma piuttosto come trovarlo in tutto il fieno del mondo. Questo è troppo anche per un buon computer.
Predizione del ripiegamento
Fortunatamente molti scienziato hanno scritto buoni programmi per modellare il ripiegamento delle proteine. L’approccio che noi del team iGEM stiamo prendendo è di confrontare sequenze sconosciute con sequenze ben note e affinarle. Questo metodo ci consente di risparmiare molta potenza di calcolo in modo che diventi per noi possibile calcolare la struttura delle nostre sequenze bersaglio, ma su piccola scala.
Il nostro progetto
Il progetto del team iGEM 2014 di Heidelberg è dedicato alla modificazione di proteine esistenti, per esempio “incollando” nuove strutture alla loro fine, cambiandone le proprietà. Come detto prima, le proteine hanno una determinata funzione in base alla loro conformazione. Di solito non vogliamo distruggere la loro funzione originaria, ma come possiamo sapere se la funzione è la stessa dopo aver attaccato le parti?? Noi analizziamo il ripiegamento della proteina con le sequenze collegate, perché se scegliamo la corretta sequenza tra la proteina e la parte da noi aggiunta, siamo in grado di ridurre al minimo la loro reciproca influenza. Ma dobbiamo provare molte sequenze diverse (diverse centinaia) con molte proteine diverse (diverse migliaia) per scoprire il comportamento delle sequenze che cerchiamo di attaccare.
Perché è interessante.
In laboratorio, per esempio, la maggior parte delle proteine è conservata a -20 gradi centigradi per proteggerle dal perdere parti o dal denaturarsi (perdere la configurazione tridimensionale). La stessa cosa è vera per i vaccini, che sono basati su proteine. Ma in zone del mondo con cattive infrastrutture la conservazione è un problema. Per questo motivo potrebbe essere molto utile se questi composti proteici fossero stabili a temperature più elevate.
Anche nel settore industriale enormi quantità di energia viene sprecata, perché gli enzimi (che potrebbero facilitare molti processi industriali, non funzionano alle temperature in cui questi processi avvengono, ad esempio nell’industria cartacea e nella produzione di bio-etanolo. Quindi conoscere il ripiegamento delle proteine potrebbe aiutare la produzione del combustibile di domani.
