Mentre il problema della fase in cristallografia e' definitivamente
risolto per le piccole molecole, esso e' ancora una sfida per
la cristallografia macromolecolare. Questa e' una delle aree piu'
stimolanti delle Scienze Moderne e costituisce lo strumento primario per
studi strutturali su sistemi biologici complessi, e per spiegare i
meccanismi alla base della vita. Infatti la cristallografia delle
macromolecole permette di determinare la struttura cristallina di
proteine, acidi nucleici, virus, etc. e fornisce dettagli per la
comprensione di una larga varieta' di processi vitali, quali la
fotosintesi, la trasmissione delle informazioni
ereditarie, delle infezioni virali, etc.
Di primaria importanza per la cristallografia macromolecolare sono i
metodi cristallografici per la soluzione delle strutture cristalline: la
loro efficacia e' responsabile del successo o del fallimento della
ricerca e governa gli aspetti economici delle attivita' (l'innovazione
nei metodi puo' accelerare la ricerca, permette di risparmiare mesi-uomo
e risorse, migliora la qualita' dei risultati, facilita la creazione di
gruppi di ricerca e servizi scientifici).
Generalmente la complessita' molecolare e la bassa risoluzione dei dati
sperimentali rendono i dati della sola proteina nativa insufficienti per
la soluzione strutturale. Sono percio' utilizzate oltre alle tecniche ab-
initio, quelle denominate SIR (Single Isomorphous Replacement), MIR
(Multiple Isomorphous Replacement), SAS (Single Anomalous Scattering),
MIRAS (la combinazione delle tecniche MIR with gli effetti di diffusione
anomala), MAD (Multiple Anomalous Dispersion) and MR( Molecular
Replacement) costituiscono il corpo dei metodi attualmente adoperati per
pervenire alla conoscenza delle strutture macromolecolari.
Presentazione della ricerca
La ricerca sviluppata dall'IC ha dato un contributo rilevante in molti
dei campi precedentemente illustrati. In particolare:
a) sono state sviluppate tecniche ab-initio che portano i limiti della
risoluzione atomica a 1.4Angstrom, estendendo cosi' largamente il numero
di strutture trattabili con le tecniche ab-initio;
b) sono state integrate le tecniche SIR-MIR-SIRAS-MIRAS-SAD-MAD con i
metodi diretti: questi sono stati resi idonei al trattamento degli
errori, sia quelli provenienti dagli esperimenti, che quelli legati al
modello strutturale o alla perdita d'isomorfismo. Gli errori sono
entrati a far parte, nell'approccio probabilistico, del set di
variabili casuali primitive, cosi' come le posizioni atomiche. Il metodo
delle joint probability distribution functions e' stato lo strumento
matematico usato per la derivazione delle nuove formule.
Le nuove teorie probabilistiche sono state implementate in un package per
la risoluzione automatica del problema della fase nelle macromolecole.
L'applicazione a parecchi casi reali mostra l'alta efficienza
dell'approccio, la sua validita' a fronte degli errori sperimentali, la
sua capacita' di fornire automaticamente un sensibile modello strutturale
della proteina, praticamente senza l'intervento dell'utente. Il set di
programmi costituisce un prezioso strumento per lo sviluppo della
genomica e post-genomica e sara' presto messo a disposizione della
comunita' scientifica. La ricerca e' al momento finanziata con fondi
della dotazione ordinaria del CNR.
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