Contributo alla ricerca sul Coronavirus
CONTRIBUIRE È IMPORTANTE
I giorni che stiamo vivendo da due mesi a questa parte sono tristi per chiunque, ma contribuire è importante, anche nel nostro piccolo.
Mi chiamo Damiano Pistone e frequento la terza Liceo scientifico sezione B. Essendo appassionato di biologia, in tutte le sue varie branche e, più in particolare, di biologia molecolare, ho avuto piacere nel contribuire alla ricerca di una cura contro l’attuale Coronavirus, che sta minacciando l’intera popolazione mondiale.
Nel 2008 l’università di Washington ha sviluppato, in collaborazione con i dipartimenti di Scienze, Ingegneria informatica e Biochimica, un software di design proteico utilizzabile da chiunque abbia sufficienti conoscenze in materia. Lo scopo principale di tale programma è di studiare il ripiegamento di molecole proteiche (che possono essere tossine, enzimi o altri tipi di proteine), al fine di soddisfare alcune caratteristiche, specificate dai ricercatori. Il programma propone ai partecipanti differenti prove che prendono il nome di puzzle. Nel 2011, per esempio, era stata proposta una ricerca riguardante l’HIV, il virus responsabile dell’AIDS.
In questo periodo, viste le necessità, l’attenzione si concentra sulla progettazione di polipeptidi con una conformazione adatta a legare le proteine spike (glicoproteine S) responsabili della capacità infettiva del nuovo Coronavirus SARS-Cov-2. Le glicoproteine S si legano a numerosi recettori (ACE2) situati sulla superficie esterna delle cellule epiteliali del tratto respiratorio, permettendo l’infezione di tali cellule da parte del virus e portando così all’insufficienza respiratoria che caratterizza l’evoluzione della malattia. Lo scopo della ricerca è trovare molecole proteiche capaci di legarsi alle spike del virus, impedendo quindi ad esso di unirsi ai recettori ACE2.
L’attenzione è rivolta soprattutto alla risoluzione di tre puzzle realtivi al Coronavirus binding site e alle sequenze genomiche ORF6 ed ORF8. Ogni partecipante ripiega a proprio piacere una catena polipeptidica, rispettando i livelli di energia, per creare una molecola molto stabile, capace di formare parecchi legami a idrogeno con la glicoproteina S virale.
A metà marzo circa è iniziato il primo round di design che si è concluso dopo 6 giorni, permettendo l’inizio del secondo, di ugual durata, fino ad arrivare al round attualmente in svolgimento.
Mi sono dedicato principalmente alla prima tipologia, raggiungendo la 94esima posizione su 3500 partecipanti, risultato molto soddisfacente vista la complessità della prova. Le prime 200 strutture, inoltre, vengono selezionate per contribuire al puzzle successivo. La migliore struttura verrà sintetizzata in laboratorio e in seguito sarà sottoposta alle varie fasi della sperimentazione, prima di poter essere testata sull’uomo.
Si riportano di seguito alcune immagini della proteina da me ideata durante il round 4.
VISTA FRONTALE
Si possono osservare due grandi catene polipeptidiche, una superiore di colore verde scuro (spike) e una inferiore di colore verde chiaro, unite tramite legami a idrogeno (segmenti di colore bianco e azzurro). La molecola da me progettata (struttura inferiore) presenta un’alfa elica di circa 25 amminoacidi e tre foglietti beta antiparalleli di 5 amminoacidi, uniti da legami a idrogeno.
VISTA LATERALE
Nella corrente immagine sono osservabili in miglior modo gli amminoacidi posti sulla superficie esterna delle catene polipeptidiche. Le catene laterali degli amminoacidi che permettono i legami a idrogeno sono raffigurate in blu e rosso e sono polari, mentre le catene laterali apolari (ovvero che non possono rimanere a contatto con l’acqua) si vengono a ritrovare all’interno della molecola proteica, in modo tale che le strutture circostanti schermino la loro azione idrofoba rispetto alle molecole d’acqua poste intorno; tali catene laterali sono rappresentate con anelli esagonali o segmenti ramificati di colore arancione.
VISTA POSTERIORE
Si può osservare una concavità nella glicoproteina S del virus che costituisce il sito di legame con i recettori ACE2.
VISTA INFERIORE
È possibile notare, nella struttura inferiore, il dominio a foglietti beta che circondano la spike, legandosi ad essa tramite legami a idrogeno che dipartono dalle catene laterali polari.