Frances Arnold, George Smith e Gregory Winter vincono il Nobel per la (r)evoluzione in chimica

Frances H. George, P. Smith e Sir Gregory e P. Winter sono i vincitori del Premio Nobel per la Chimica. Con le loro ricerche, i tre premiati di quest’anno hanno sfruttato i principi dell’evoluzione sono riusciti a produrre soluzioni che ci hanno migliorato la vita.
Francesco Aiello, 03 Ottobre 2018
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Biologia e Comunicazione della Scienza

Alle 11.45  Göran K. Hansson, segretario generale dell’Accademia reale delle scienze svedese ha annunciato che Frances H. GeorgeP. Smith e Sir Gregory e P. Winter sono i vincitori del Premio Nobel per la Chimica. Come accaduto ieri con la fisica, dopo oltre sessant’anni, un donna torna a vincere un Nobel in questo settore. La quinta in oltre un secolo. Nel 1911 il riconoscimento era andato a Marie Curie, che 8 anni prima aveva vinto anche il Nobel per la Fisica.
Ma per capire meglio il Nobel per la Chimica 2018, l’Accademia Reale di Svezia ci invita a fare un bel salto all’indietro.

Viviamo su un pianeta dove si è affermata una forza potente: l’evoluzione. Dal momento che i primi semi della vita apparvero circa 3,7 miliardi di anni fa, quasi tutti gli spazi su questo gnocco minerale sono stati riempiti da organismi adattati al loro ambiente: i licheni che possono vivere su montagne nude, archaea che prosperano in sorgenti termali, rettili squamosi attrezzati per sopravvivere in ambienti impervi come i deserti africani.
La vita sulla Terra esiste perché l’evoluzione ha risolto numerosi problemi di adattamento ma grazie sopratutto alla magia della chimica. Tutti gli organismi sono in grado di estrarre materiali ed energia dalla propria nicchia ambientale e usarli per costruire la reazioni chimiche. I pesci possono nuotare negli oceani polari grazie alle proteine ​​antigelo nel loro sangue e le cozze possono attaccarsi alle rocce perché hanno sviluppato una colla molecolare subacquea,
Lo splendore della chimica della vita è che è programmata nei nostri geni. Piccoli cambiamenti casuali nella nostra sceneggiatura cambiano questa chimica. A volte questo porta a un organismo più debole, a volte più robusto. La nuova chimica si è gradualmente sviluppata e la vita sulla Terra è diventata sempre più complessa. Ecco i tre vincitori del Premio Nobel di quest’anno hanno imitato la natura. “Hanno sfruttato il potere dell’evoluzione” ha spiegato il Comitato Nobel, per affrontare alcuni problemi ambientalisti. Lavorando sulle proteine e sui metodi per produrle in laboratorio, “hanno sviluppato dei metodi per promuovere una chimica più verde, mettere a punto nuovi materiali, creare biocombustibili sostenibili e curare malattie”.

GIOCARE A DADI CON L’EVOLUZIONE
Come dicevamo Frances Arnold, docente di Ingegneria chimica, Bioingegneria e Biochimica al California Institute of Technology è solo la quinta donna a vincere il Premio Nobel per la Chimica. La sua carriera inizia nel campo dell’ingegneria aerospaziale per poi passare, siamo negli anni ’70, alle fonti di energia rinnovabili. La svolta della sua carriera arriva nel 1981, subito dopo le elezioni presidenziali, e il cambio radicale di politica in quel settore.
La Arnorld rivolge allora lo sguardo verso le tecnologie legate al DNA. “Era chiaro che un modo completamente nuovo di produrre materiali e sostanze chimiche di cui avevamo bisogno nella nostra vita quotidiana, doveva venire dalla nostra capacità di riscrivere il codice della vita”.
La sua idea era semplice, ma al tempo stesso rivoluzionaria e difficile da realizzare: invece di produrre farmaci, oggetti e altri prodotti chimici attraverso la chimica tradizionale – con l’uso di solventi, metalli pesanti, acidi e altri inquinanti – sfruttiamo gli strumenti che impiega già la natura nel suo grande laboratorio chimico, gli enzimi. Ideandone di nuovi, imitando quelli esistenti, sarebbe stato possibile farlo, ipotizzò Arnold.
Dopo anni di prove fallimentari in laboratorio, dove cercava di combinare insieme le basi degli enzimi (gli aminoacidi) per crearne di nuovi, Arnold arrivò alla conclusione che fosse necessario un cambio di paradigma.
Riprese i lavori svolti fino ad allora con la subtlisina, un enzima che catalizza (cioè che favorisce e accelera) le reazioni chimiche in soluzioni a base di acqua, per fare in modo che facesse altrettanto in un solvente organico come la dimetilformammide (DMF). Realizzo alcune mutazioni (modifiche casuali) nel codice genetico dell’enzima e le inserì poi nei batteri, in modo che producessero migliaia di varianti della subtlisina. Ora si trattava di capire quali di queste varianti fossero più adatte per funzionare nella DMF.
Sapendo che la subtlisina scompone la caseina, la proteina del latte, selezionò le varianti dell’enzima che svolgeva meglio questo compito in una soluzione di latte e DMF. Gli enzimi selezionati furono la base per produrne di nuovi con ulteriori variazioni, che si rivelarono ancora più efficaci nella DMF. Fece altrettanto con una terza generazione, dirigendo di fatto l’evoluzione dell’enzima verso uno specifico compito, da qui “evoluzione diretta”.
Altri ricercatori dopo Arnold hanno lavorato a questo sistema, ottenendo risultati molto importanti per rendere più controllabile l’evoluzione diretta, in modo da ottenere risultati ancora più soddisfacenti con il processo di selezione. Frances Arnold è stata una pioniera di questa tecnica, che oggi permette di realizzare enzimi su misura e che non esistono in natura, utili per produrre farmaci e nuovi materiali.
Sir Gregory Winter e George Smith, che divideranno metà del premio, hanno usato i fagi (un tipo di virus che infettano i batteri) per produrre nuovi medicine capaci di neutralizzare tossine che possono avvelenare il corpo umano, combattere malattie autoimmuni o curare alcune forme di cancro metastatico.Winter, in particolare, ha messo a punto il metodo con cui oggi vengono prodotti due anticorpi su tre per la cura di malattie dell’uomo (dall’artrite reumatoide alla psoriasi e alle infiammazioni dell’intestino). Cresciuto in Ghana, ha raccontato di essersi appassionato alla scienza un giorno, da bambino, in cui uno scienziato locale portò a scuola una tartaruga che aveva salvato in mare. Lavora all’università di Cambridge, ma collabora con varie aziende farmaceutiche, ha fondato la biotech britannica Cambridge Antibody Technology ed è detentore di brevetti di nuovi medicinali. George Smith lavora all’università dell’università del Missouri-Columbia, dove anche suo fratello Mark insegna storia medievale e storia della scienza.
I metodi che i tre giovanotti (Gregory Winter, 67 anni, George Smith, 77 anni e Frances Arnold, 62 anni) hanno sviluppato sono, oggi, utilizzati dall’industria green per la produzione di nuovi materiali e  i loro sistemi sono inoltre impiegati per produrre anticorpi che contrastano le malattie autoimmuni, mentre nuove frontiere della ricerca riguardano il loro utilizzo contro alcuni tipi di tumore.
“Il  Nobel per la chimica 2018 conferito a Frances H. Arnold, George P. Smith e Gregory P. Winter, non è solo un premio meritato, ma anche un riconoscimento a tutte le discipline che ricadono nelle ‘scienze molecolari’. Con questo premio la chimica incontra le discipline contigue, come le biotecnologie industriali e farmaceutiche, la genetica e la farmacologia.
La possibilità di manipolare gli enzimi guidandone l’evoluzione verso frontiere ora solo in parte esplorate, apre scenari importantissimi nel campo dei biocombustibili e della medicina. In questi settori di ricerca avanzata, il Consiglio nazionale delle ricerche ha punte di eccellenza, localizzate sia nel mio dipartimento (quali Istituto di chimica biomolecolare, Istituto di chimica del riconoscimento molecolare, Istituto di cristallografia) sia in altri dipartimenti, in primis quello di scienze biomediche e scienze bio-agroalimentari”, ha spiegato in una nota stampa Maurizio Peruzzini del Cnr-

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UNA QUESTIONE DI FAMIGLIA
Dal 1901 ad oggi sono stati 109 i premiati in Chimica. Il premio non è stato assegnato nel corso dei due conflitti mondiali: nel 1916, 1917, 1919, 1924, 1933, 1940, 1941 e 1942. Ma oltre ai numeri il Nobel per Chimica può essere un affare di famiglia.
Marie Sklodowska e suo marito Pierre Curie lo ricevettero assieme per la fisica nel 1903, per la scoperta del radio e del polonio. Trentadue anni dopo alla figlia Irène Joliot-Curie, e a suo marito Frederic, venne assegnato il Nobel per la chimica, grazie alla scoperta della radioattività artificiale. Contando anche il secondo Nobel assegnato a Marie per la chimica nel 1911, la famiglia Curie ne ha ricevuti addirittura cinque.
Da una famiglia completamente votata alla radioattività si passa a una dedita agli elettroni: Joseph John Thompson, fu premio Nobel per la fisica nel 1906 per la scoperta sperimentale mentre e il figlio, George Paget, lo ricevette nel 1937 per gli studi sul comportamento ondulatorio di queste particelle. Ci sono anche altri casi illustri di Nobel rimasti “in famiglia”, passati di padre in figlio. Aage Bohr fu premiato nel 1975 per la scoperta della connessione fra moti collettivi e moti di particella nucleari grazie alle scoperte del padre Niels, Nobel per la fisica nel 1922 per la comprensione della struttura atomica.
Il chimico Hans von Euler-Chelpin, invece, fu premiato nel 1929 per gli studi sugli enzimi coinvolti nella fermentazione dello zucchero, mentre suo figlio Ulf von Euler lo fu per la Medicina nel 1970, per le ricerche sulla noradrenalina.
Roger David Kornberg fu premiato per la chimica nel 2006, un anno prima della morte del padre, Arthur, a cui cinquant’anni prima era stato assegnato il Nobel per la medicina. I due condivisero anche il ruolo di professore alla Stanford University. L’impresa di essere premiati per la stessa ricerca riuscì a William Henry Bragg e suo figlio venticinquenne, William Lawrence (il più giovane vincitore di un premio Nobel della storia). Venne assegnato loro il Nobel per la fisica, nel 1915, per i loro studi sull’analisi della struttura cristallina per mezzo dello spettroscopio a raggi X.
L’unica coppia di fratelli invece, a cui venne assegnato un Nobel, fu quella dei Tinbergen, Jan e Nikolaas: il primo nel 1969 per l’economia e il secondo nel 1973 per la medicina.

“UNA TELEFONATA CHE ALLUNGA LA VITA”
Anche Frances H. George, P. Smith e Sir Gregory hanno ricevuto qualche minuto prima della proclamazione ufficiale la telefonata dagli uffici di Stoccolma dell’Accademia Reale di Svezia. Una telefonata che ogni ricercatore, scrittore e poeta sogna di ricevere una volta nella vita.
Ma non sempre il vincitore è disponibile al telefono e, soprattutto una volta senza cellulari, era difficile raggiungere immediatamente l’interessato.
È quanto accadde a Dario Fo, vincitore del Nobel per la Letteratura nel 1997. Il giorno dell’annuncio si trovava su una macchina per registrare Milano/Roma con Ambra Angiolini, una trasmissione registrata direttamente in automobile.
A un certo punto una macchina della produzione lo ha affiancato in autostrada e ha esposto un cartello con scritto “Hai vinto il Nobel”.
Kary Mullis, invece, nel suo caratteristico stile irriverente rispose al telefono: “Lo prendo! Volevo essere sicuro che non ci fossero dubbi”. Martin Charlfie, premio Nobel per la Chimica 2018, non sentì la chiamata da Stoccolma, stava ancora dormendo a New York a causa della differenza di orario.
“Mi sono svegliato alle sei e dieci, e mi sono reso conto che dovevamo aver dato il premio in chimica, così mi sono detto, vediamo chi è il coglione che ha preso il premio quest’anno. Allora ho acceso il computer sono andato sul sito dei Nobel e ho scoperto che il coglione ero io”.
Con il Nobel assegnato a Frances H. George, P. Smith e Sir Gregory si chiude il racconto e l’approfondimento che la nostra rivista dedica ogni anno al premio istituito nel lontano 1901. Un premio che ha ancora il grande merito di dare un volto e un corpo alla Scienza cercando di aprire le agognate porte della Torre d’avorio.

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