Un gruppo di scienziati viennesi ha messo a punto un modello computerizzato che consente di ottenere "proteine bioniche": polimeri che si auto-organizzano nella struttura voluta in base all'ordine e al tipo particelle che le compongono.
Un polimero annodato, simile a una proteina, simulato a computer (Crediti: Ivan Coluzza via University of Vienna)
Ogni essere vivente funziona grazie alle proteine, le macromolecole sintetizzate a partire dal DNA. Gli enzimi, senza i quali moltissime reazioni chimiche essenziali per i viventi non potrebbero avvenire, sono proteine. Ed è sempre grazie a loro che possiamo muoverci: i nostri muscoli infatti funzionano grazie all’azione concertata di moltissime proteine, in particolare actina e miosina. Al giusto segnale nei sarcomeri, le unità che compongono le fibre muscolari, i filamenti di miosina si legano a quelli di actina e questi, scorrendo uno rispetto all’altro, fanno contrarre il muscolo.
Le eccezionali proprietà di queste molecole sono essenzialmente legate alla loro struttura tridimensionale, una struttura talmente complessa che solo con l’avvento della biologia computazionale, che applica cioè le risorse dell’informatica allo studio dei fenomeni biologici, siamo riusciti a saperne di più. Secondo un team di ricercatori viennesi (University of Vienna e University of Natural Resources and Life Sciences a Vienna) ora sappiamo abbastanza delle proteine che possiamo prenderle come modello nella creazione di nanomateriali.
Gli scienziati, fisici e biologi, grazie ai potentissimi computer del centro di calcolo Vienna Scientific Cluster (VSC), ispirandosi alle proteine (che rimangono comunque molto più complesse, per ora, di ogni nostra imitazione) sono riusciti a creare un modello che consente di ottenere polimeri che si auto-organizzano nelle strutture tridimensionali volute. Si tratta di polimeri annodati (molte proteine rientrano in questa categoria), ma invece di essere formati da aminoacidi, le loro unità fondamentali sono particelle patchy simulate al calcolatore. Che siano di natura artificiale o meno, le particelle patchy sono colloidali e caratterizzate dal fatto di presentare siti funzionalizzati (le patch appunto) sulla loro superficie, che permettono di interagire con quelle circostanti. Grazie a questi siti, definiti "valenze", il polimero che compongono può annodarsi su sé stesso. Nel modello proposto dagli scienziati, l’ordine e la natura delle particelle determina la configurazione tridimensionale finale.
Una animazione della "proteina bionica" che si annoda su sé stessa fino alla configurazione più stabile (Crediti: Ivan Coluzza)
Queste strutture in silico, cioè simulate da un computer, sono però pensate per essere trasposte nel mondo reale. Secondo gli scienziati ora sarà possibile creare in laboratorio queste "proteine bioniche": una volta che la simulazione ha ottenuto la forma desiderata, per ricrearla fisicamente basterà mettere nel giusto ordine nanoparticelle opportunamente funzionalizzate. Le tecnologie per farlo ci sono già e gli scienziati, che hanno pubblicato questi risultati sulla rivista Physical Review Letters, sono al lavoro.
Il più immediato campo di applicazione è ovviamente quello farmaceutico: alcuni polimeri per il trasporto mirato dei farmaci esistono già e il campo (come tutto il settore delle nanotecnologie) è rapida evoluzione.