Come viene scoperto il potere delle proteine

La pistola a gas leggera dell'Università del Kent è un dispositivo ingombrante che, a me, assomiglia più a un tornio che a una pistola.

Nonostante il suo aspetto goffo, la pistola può sparare proiettili a una velocità di 1,5 km al secondo, o circa 3.500 miglia orarie, ovvero quasi il doppio della velocità di un proiettile.

Oggi è stato caricato con un pezzo di roccia basaltica, poco più piccolo di un pisello, che verrà fatto esplodere con un gel davvero speciale.

Il gel è composto dalla proteina talin, o almeno da una versione della proteina che è stata raffinata e ottimizzata per conferirle una straordinaria capacità di assorbire gli impatti, come stiamo per scoprire.

Veniamo portati fuori dalla sala delle armi e dopo un rapido conto alla rovescia l'operatore delle armi, Luke Alesbrook, preme il pulsante, attivando la pistola.

All'interno, il fumo si diffonde dalla canna della pistola quando il bersaglio viene rimosso. All'ispezione, il gel è stato leggermente spostato ma, sorprendentemente, è ancora intatto.

L'importante è che la piastra metallica dietro il gel non venga danneggiata. Senza il gel il basalto avrebbe strappato un pezzo dalla lastra.

Talin può assorbire la forza grazie a proprietà meccaniche uniche. La sua struttura comprende spirali di amminoacidi - i mattoni delle proteine ​​- che formano fasci. Quando vengono tirati, i fasci si aprono, aumentando la lunghezza della proteina di un fattore 10.

Quando lo stress viene rilasciato, i fasci tornano nella loro posizione originale, un po' come una molla.

Il professor Ben Goult ha studiato la struttura del talin e il modo in cui risponde alle forze e, con la sua collega, la prof.ssa Jennifer Hiscock, hanno avuto l'idea di trasformare il talin in un materiale che assorbe gli urti.

"Sono letteralmente entrata nell'ufficio di Ben e lui stava parlando delle sue meravigliose proteine. E ho detto che dobbiamo realizzare un giubbotto antiproiettile: questo è ciò che dobbiamo fare", afferma.

A partire dal 2016 il loro team ha sviluppato un modo per unire insieme le proteine ​​talina in un reticolo, come una rete con una capacità quasi simile a quella dei cartoni animati di allungarsi e rimbalzare.

È stato un lungo lavoro per il professor Goult, che è stato coinvolto nello studio delle proprietà meccaniche della talina e della sua struttura dal 2005.

"Non è stato facile. Ci sono voluti quattro anni a un team di sei di noi per elaborare la struttura proteica della talina e altri quattro anni per capire come la talina rispondeva alla forza", afferma.

Le proteine ​​sono molecole complicate da decifrare. Sono costituiti da una catena di aminoacidi, un po' come le perle di un filo. Esistono 20 diversi amminoacidi presenti in natura, o sfere, quindi esiste un numero sconcertante di modi in cui possono combinarsi.

Tradizionalmente l'elaborazione di tali strutture veniva eseguita utilizzando la microscopia elettronica e la cristallografia a raggi X, un processo che poteva richiedere anni.

Ma negli ultimi anni l’intelligenza artificiale (AI) ha rivoluzionato il processo, prevedendo la struttura di centinaia di milioni di proteine.

Un evento chiave si è verificato nel novembre 2020, quando AlphaFold ha ottenuto i migliori risultati al CASP 14, una valutazione ogni due anni in cui diversi programmi informatici prevedono la struttura delle proteine.

AlphaFold non solo ha sovraperformato i sistemi rivali, ma ha anche previsto la struttura delle proteine ​​con un livello di precisione ben superiore ai suoi rivali.

"È stato davvero folle", afferma Kathryn Tunyasuvunakool, che ha contribuito a sviluppare AlphaFold, insieme ad altri alla DeepMind con sede a Londra, la divisione AI di Alphabet, la società madre di Google.

"Sapevamo che avremmo ottenuto risultati piuttosto buoni internamente entrando in quel CASP. Ma non era del tutto chiaro se altre persone avrebbero ottenuto risultati simili. Immagino che sia stata un po' una sorpresa per noi vedere quanto fosse grande il margine è stato confrontato con altri gruppi", afferma la sig.ra Tunyasuvunakool.

Quella versione di AlphaFold - AlphaFold2 - era così buona che nella competizione successiva tutte le squadre con le migliori prestazioni ne usarono le versioni.

Grazie ad AlphaFold e ai suoi derivati ​​il ​​database delle strutture proteiche è passato da poche centinaia di migliaia a centinaia di milioni.

Per scienziati e ricercatori, in particolare nel campo dello sviluppo farmaceutico, questa è una miniera d’oro. Le proteine ​​con strutture che sembrano promettenti per determinati usi, come il legame con una cellula tumorale, possono essere identificate più rapidamente che mai: il ritmo della ricerca è stato accelerato.