In un semplice cianobatterio, gli scienziati hanno ora scoperto qualcosa che non avevano mai visto prima in natura: una molecola frattale

Mentre conducevano uno studio utilizzando i cianobatteri, gli analisti hanno scoperto improvvisamente una molecola frattale. Questo è molto speciale; Questi tipi di particelle frattali non sono mai stati osservati “allo stato brado”.

Una molecola frazionaria ha la forma di un triangolo di Sierpinski, che è costituito da triangoli più piccoli che insieme formano un triangolo più grande. La scienziata Franziska Sendker faceva parte del team che ha fatto la scoperta accidentale. “Abbiamo scoperto questa struttura completamente per caso”, dice. Non potevamo credere ai nostri occhi quando abbiamo visto le prime immagini della molecola. La molecola si riferisce all'enzima citrato sintasi presente nelle specie di cianobatteri Stafilococco lungo Situato. I ricercatori hanno scoperto che questo enzima ha la capacità di riorganizzarsi spontaneamente in uno schema frattale. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista natura.

Pura coincidenza
Pertanto, la scoperta della molecola frazionaria è stata una completa coincidenza. La questione principale di questa ricerca era come questa molecola potesse eventualmente adottare questa struttura speciale. Per scoprirlo, il team ha collaborato con il collega scienziato e biologo strutturale Jan Schuller. “Questa è stata una delle strutture più difficili che ho dovuto risolvere nella mia carriera”, afferma. Il problema più grande nel determinare la struttura fine di una molecola frazionaria è stato che le tecniche di media delle immagini sono rimaste confuse. La ragione di ciò è che la struttura è composta da triangoli più piccoli, che fanno parte di triangoli più grandi. L'algoritmo ha continuato a concentrarsi su questi triangoli più piccoli, ignorando la struttura più grande.

Dopo che la struttura è stata disegnata, è il momento di indagare attivamente sul perché appare in questo modo. Nella prima fase, gli scienziati hanno esaminato i cianobatteri stessi. Il collega scienziato Georg Hochberg spiega perché: “Accade spesso che gli enzimi siano regolati attraverso un processo di autoassemblaggio. Ma durante questa ricerca abbiamo scoperto che ai cianobatteri non importa se la citrato sintasi può riorganizzarsi in una molecola frattale. In questa fase, il team ha ingegnerizzato geneticamente diversi cianobatteri per garantire che la struttura triangolare non apparisse. Sembra che in seguito nessuna cellula sia stata colpita da questo fenomeno. “Ciò ci ha portato a chiederci se si trattasse solo di una coincidenza naturale”, continua Hochberg. Tali “incidenti” possono accadere, purché la struttura stessa non sia troppo complessa per essere costruita”.

Teoria della coincidenza
Per testare questa teoria della coincidenza, gli scienziati hanno simulato il percorso evolutivo della molecola. Per fare ciò, hanno preso la struttura unica come punto finale e quindi hanno utilizzato un metodo statistico per creare una variante che potrebbe essersi verificata milioni di anni fa. Questa antica variante fu infine utilizzata per dimostrare che erano necessarie relativamente poche mutazioni per raggiungere la forma attuale. Durante questo processo, i ricercatori hanno scoperto che molte delle “mutazioni collaterali” venivano rapidamente perse in altre specie di cianobatteri – e quindi solo questa specie aveva molecole frattali.

La spiegazione di cui sopra risponde sostanzialmente alla domanda “perché”. Gli scienziati hanno anche scoperto come la molecola alla fine assume questa forma. Pertanto, è importante notare che il processo di autoassemblaggio è solitamente altamente simmetrico; Ogni “catena” assume la stessa forma della sua vicina. Questo processo crea sempre strutture che, una volta miniaturizzate, alla fine non somigliano più alle singole parti. I ricercatori hanno scoperto che questa regola di omologia non si applica alla molecola frazionaria. In una molecola frazionaria, alcune proteine ​​interagiscono in modo leggermente diverso in punti diversi all'interno della molecola, portando infine alla formazione della struttura speciale.

Incidente innocuo
Scoprire la struttura speciale è speciale, ma sfortunatamente non molto significativa. Come sottolineano gli stessi scienziati, probabilmente ciò è avvenuto per caso. “Non potremo mai essere del tutto sicuri del perché certe cose siano accadute in passato”, conclude Hochberg. Questa particolare molecola sembra molto complessa, ma in realtà è una struttura nata principalmente perché era molto facile evolversi alla fine.