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Metalloenzima come biosensore per rilevare l'etilene in frutti e foglie

I biosensori enzimatici sono strumenti utili che possono monitorare i rapidi cambiamenti dei livelli di metaboliti in tempo reale. Tuttavia, gli attuali approcci sono ampiamente limitati ai metaboliti all'interno di uno spazio chimico limitato. Con il crescente sviluppo dei metalloenzimi artificiali (ArM), esiste un'opportunità unica per progettare da zero biosensori per i metaboliti che sono difficili da rilevare utilizzando le tecnologie attuali.

"Abbiamo progettato e sviluppato una sonda di etilene ArM (AEP), in cui uno scaffold (= struttura) di albumina viene utilizzato per solubilizzare e proteggere un catalizzatore di rutenio. Il rilevamento viene effettuato quindi da questo metalloenzima artificiale, fatto di albumina e che racchiude il metallo che funge da catalizzatore. In presenza del fitormone etilene, può verificarsi una metatesi (=scambio) incrociata che produce fluorescenza", riferiscono i ricercatori del Riken Center (Giappone).

A differenza dei precedenti biosensori dell'etilene, questa sonda è in grado di rilevare la distribuzione dell'etilene sul frutto, fornendo una mappa spaziale e temporale dettagliata di come si diffonde il fitormone. Nel lavoro è stata utilizzata l'Arabidopsis thaliana come modello vegetale sperimentale, per esaminare il rilascio di etilene in risposta a stress come agenti patogeni e si è scoperto che il biosensore è in grado di rilevare accuratamente la presenza di etilene.

La sonda può essere utilizzata per rilevare cambiamenti sia esogeni sia endogeni indotti dalla biosintesi dell'etilene nei frutti e nelle foglie. "Nel complesso, questo lavoro rappresenta un esempio di biosensore ArM, progettato specificamente per il rilevamento spaziale e temporale di un metabolita biologico, precedentemente non accessibile utilizzando biosensori enzimatici", concludono i ricercatori.

Fonte: Kenward Vong, Shohei Eda, Yasuhiro Kadota, Igor Nasibullin, Takanori Wakatake, Satoshi Yokoshima, Ken Shirasu, Katsunori Tanaka, 'An artificial metalloenzyme biosensor can detect ethylene gas in fruits and Arabidopsis leaves', December 2019, Nature Communications, Volume 10, Article number: 5746.


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