Fenilalanina, enzimi e cianobatteri

Jelesko al lavoro all'università della Virginia

Un percorso chimico fondamentale che tutte le piante utilizzano per creare un amminoacido essenziale necessario a tutti gli animali per produrre proteine ​​è stato ora fatto risalire a due gruppi di antichi batteri. Il percorso è noto anche per produrre centinaia di sostanze chimiche, tra cui un composto che rende il legno forte e per esempio anche pigmenti che rendono il vino rosso di quel colore.

"Abbiamo cercato di svelare la fonte dell’aminoacido fenilalanina che, -spiega Hiroshi Maeda, assistente di botanica (Università Wisconsin-Madison)- le piante usano questa via per rendere i prodotti naturali che sono vitali per piante e anche al nostro cibo, medicine, fibre e combustibile. Uno dei più importanti è la lignina, che si trova nella parete cellulare delle piante, che consente alberi di spostare in alto acqua e trasporti ."

“Altri scienziati hanno tracciato i percorsi metabolici della pianta ai funghi , -afferma Maeda - che sono molto vicino alle piante in termini di evoluzione.  Ma in questo caso, la sorgente è batterica, che sono invece i parenti più lontani."

In uno studio recente, Maeda ed i suoi colleghi hanno descritto come hanno rintracciato il percorso fenilalanina su due gruppi di batteri.                                                                                                        “La nostra domanda era -afferma Maeda - come le piante possono produrre tanti tipi e quantità di queste sostanze aromatiche, in particolare i composti fenilalanina - derivati ​​differenti".

Durante lo studio, Maeda ed i suoi colleghi, tra cui John Jelesko  (), hanno confrontato la sequenza genetica per l'impianto di fenilalanina nel corredo di  enzimi in un database genetico che copre numerosi organismi.                                                                          "Abbiamo chiesto al computer di ripescare sequenze simili, e abbiamo ottenuto migliaia di sequenze, - aggiunge Maeda - abbiamo preso le sequenze più strette e facendo analisi filogenetica. Essenzialmente abbiamo chiesto: 'Chi è il vostro fratello più vicino?'"

Si è scoperto che la sequenza pianta era più simile ad una classe di batteri chiamati Chlorobi e Bacteroidetes." Un risultato che è stato sorprendente perché quando la gente fa un'analisi simile per altri geni della pianta, di solito trovano la sequenza più vicino a funghi, o ai cianobatteri dove da alcuni antenati sono evoluti  in piante e ora rendono le piante verdi e fotosintetiche. Nostri risultati non sono in linea con quello che la gente si aspettava."

Durante gli esperimenti, i ricercatori hanno organizzato le sequenze proteiche da altri organismi in base a quanto strettamente assomigliavano alla sequenza di una pianta, ed hanno identificato due siti di aminoacidi che sono cruciali per la produzione di fenilalanina.

“Poiché il percorso fenilalanina è fondamentale per la produzione di tanti prodotti vegetali preziosi, - afferma sempre Maeda -  lo studio può eventualmente avere benefici pratici. Speriamo che questo possa contribuire ad aumentare la produzione di nutrienti e di composti medicinali."

In termini di scienza di base, aggiunge lo studioso, il nostro studio fornisce esempi della complessa evoluzione di percorsi che si debbono ad impianti chimici.                                                                      " Durante l'evoluzione, -egli ha osservato- la necessità di sopravvivere e riprodursi forza gli organismi per continuare ad adeguarsi a specifiche circostanze.                                                             "Le piante hanno avuto più opportunità di adottare diversi geni (ed enzimi) durante l'evoluzione per rispondere alle sfide dell'ambiente.

"L'enzima che le piante hanno adottato dagli antichi batteri era disponibile per loro quando hanno acquisito, e le piante hanno finito il loro mantenimento, piuttosto che altri tipi di funghi o ciano-batteri . Questo enzima e il suo percorso sono ora analizzati e seguiti in tutto il regno vegetale e lasciano le piante per fare una grande varietà e quantità di composti fenolici ".