REVERSE ENGINEERING DEGLI ENZIMI MODERNI PER RICOSTRUIRE I LORO ANTENATI
Attraverso la biologia sintetica, un enzima della nitrogenasi risalente a 3,2 miliardi di anni fa è stato ricostruito in laboratorio da un team della University of Wisconsin-Madison. Potrebbe aprire nuove prospettive sull’origine della vita sulla Terra e la ricerca di forme viventi su altri pianeti. Lo studio, finanziato dalla Nasa, è stato pubblicato la settimana scorsa su Nature Communications
Un team di ricercatori della University of Wisconsin-Madison ha ricreato in laboratorio un enzima di 3,2 miliardi di anni fa e lo ha studiato all’interno di microbi viventi. Questa ricerca potrebbe contribuire a comprendere meglio le origini della vita sulla Terra e a riconoscere potenziali segni di forme viventi al di fuori del nostro pianeta.
Lo studio, finanziato dalla Nasa e pubblicato la settimana scorsa su Nature Communications, utilizza la biologia sintetica per sottoporre a reverse engineering gli enzimi moderni e ricostruire i loro possibili antenati. La biologia sintetica consiste nella costruzione di sistemi biologici artificiali. Betül Kaçar, professoressa di batteriologia, e Holly Rucker, dottoranda nel laboratorio di Kaçar, hanno in particolare ricostruito un enzima, la nitrogenasi, che ha avuto un ruolo importante nello sviluppo della vita sulla Terra: è infatti fondamentale per il processo che converte l’azoto atmosferico in una forma utilizzabile dagli organismi viventi.
«Tre miliardi di anni fa la Terra era molto diversa da come la vediamo oggi», ricorda Rucker. Prima del Grande evento ossidativo, l’atmosfera conteneva più anidride carbonica e metano, e la vita era costituita principalmente da microbi anaerobi, ovvero organismi che vivono in assenza di ossigeno molecolare. Capire come questi microbi accedessero a un nutriente vitale come l’azoto offre un quadro più nitido su come la vita sia sopravvissuta ed evoluta prima che gli organismi dipendenti dall’ossigeno iniziassero a modificare il pianeta.
Storicamente, per studiare la vita passata sulla Terra, gli scienziati si sono basati sulle prove rinvenute nei campioni geologici. Ma rocce e fossili così significativi sono rari e spesso difficili da reperire. Le due autrici dello studio vedono nella biologia sintetica un modo per ampliare questi lavori. Per colmare le lacune, si possono riprodurre enzimi antichi, inserirli nei microbi e studiarli in un laboratorio moderno.
Sebbene non esistano enzimi fossilizzati che il team possa studiare, questi enzimi lasciano tracce riconoscibili, sotto forma di isotopi, che possono essere misurate nei campioni rocciosi. Gran parte di questo lavoro si basava sull’ipotesi che gli enzimi antichi producessero le stesse firme isotopiche delle versioni moderne. Rucker si è dunque chiesta: stiamo interpretando correttamente i dati geologici? «A quanto pare sì, almeno per la nitrogenasi», dice la ricercatrice. «Le tracce che osserviamo nel passato sono le stesse che vediamo oggi, e questo ci dice anche di più sull’enzima stesso».
Il team di ricerca ha infatti scoperto che, sebbene gli enzimi nitrogenasi antichi e quelli moderni abbiano sequenze di Dna diverse, il meccanismo che controlla la firma isotopica nei campioni rocciosi è rimasto lo stesso. Rucker spera di studiare perché questo meccanismo si sia conservato nel tempo mentre altri aspetti dell’enzima si sono evoluti.
Questo progetto fa parte delle attività di Muse, un consorzio di ricerca in astrobiologia finanziato dalla Nasa con sede alla University of Wisconsin-Madison. Formato da astrobiologi e geologi di varie istituzioni, il consorzio riunisce ricercatori interessati a contribuire alle missioni spaziali della Nasa tramite nuove scoperte nei campi della microbiologia e della biologia molecolare sulla Terra. Dopo aver identificato, in questo studio, gli isotopi derivati dalla nitrogenasi come una biofirma affidabile sulla Terra, Muse può disporre di un quadro più chiaro per valutare possibili segnali simili presenti su altri pianeti.
«Come astrobiologi, ci basiamo sulla comprensione del nostro pianeta per comprendere la vita nell’universo. La ricerca della vita inizia qui, dalla nostra casa, che ha quattro miliardi di anni», dice Kaçar. «Quindi dobbiamo conoscere il nostro passato. Dobbiamo comprendere la vita prima di noi, se vogliamo capire la vita davanti a noi e quella altrove».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Communications l’articolo “Resurrected nitrogenases recapitulate canonical N-isotope biosignatures over two billion years” di H. R. Rucker, K. Bubphamanee, D. F. Harris, K. Konhauser, L. C. Seefeldt, R. Buick e B. Kaçar
Fonte:
Media Inaf – Il notiziario online dell’Istituto nazionale di astrofisica, articolo di Alessio Coppola pubblicato il 29/01/2026 su www.media.inaf.it
Licenza per il riutilizzo del testo: CC BY-NC-SA 4.0 DEED https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.it
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