Un gruppo di ricerca della National University of Singapore (NUS) ha dimostrato che il DNA, universalmente noto come custode dell'informazione genetica, può svolgere un ruolo completamente inedito: guidare con precisione la sintesi di composti farmaceutici nella loro corretta forma tridimensionale, sfruttando le proprietà elettrochimiche dei gruppi fosfato presenti nella sua struttura. La scoperta, pubblicata sulla rivista Nature Catalysis il 31 ottobre 2025, apre prospettive significative per una produzione di farmaci più sostenibile ed efficiente.
La chiralità molecolare costituisce un problema cruciale nello sviluppo farmaceutico: molti principi attivi esistono in due forme speculari, denominate enantiomeri, che si comportano come una mano destra e una sinistra. Sebbene chimicamente identiche, queste varianti possono avere effetti radicalmente diversi nell'organismo umano. Mentre un enantiomero può curare efficacemente una patologia, il suo gemello speculare potrebbe risultare inerte o addirittura tossico. La sintesi selettiva di un singolo enantiomero rappresenta quindi non solo un imperativo terapeutico, ma anche una sfida tecnica di primaria importanza per l'industria farmaceutica.
Il team coordinato dal Professor Assistente Zhu Ru-Yi del Dipartimento di Chimica della NUS ha esplorato un'intuizione originale: sfruttare l'attrazione elettrostatica naturale tra DNA e proteine per controllare reazioni chimiche sintetiche. Nelle cellule viventi, i gruppi fosfato del DNA portano carica negativa, mentre numerosi amminoacidi presentano carica positiva, generando un'attrazione reciproca fondamentale per i processi biologici. I ricercatori hanno ipotizzato che questo stesso principio potesse essere applicato per guidare molecole organiche verso configurazioni spaziali predeterminate durante la sintesi chimica.
La metodologia sperimentale ha rivelato che specifici gruppi fosfato nella struttura del DNA possono attrarre molecole cariche positivamente durante una reazione chimica, mantenendole in prossimità e orientandole correttamente attraverso un meccanismo definito "ion pairing" (appaiamento ionico). Questo effetto direzionale, paragonabile all'azione di un magnete su una sfera metallica, favorisce selettivamente la formazione dell'enantiomero desiderato. Il gruppo di ricerca ha validato questa capacità di guida molecolare su diverse tipologie di reazioni chimiche, dimostrando la versatilità dell'approccio.
Per identificare con precisione quali siti fosfato fossero responsabili dell'effetto catalitico, i ricercatori hanno sviluppato una tecnica innovativa denominata "PS scanning". Questa metodologia prevede la sostituzione sistematica di singoli gruppi fosfato nella sequenza di DNA con analoghi strutturali quasi identici, seguita dalla ripetizione dei test di reattività. Quando la sostituzione di un particolare fosfato comportava una riduzione della selettività enantiomerica della reazione, emergeva chiaramente il ruolo cruciale di quel sito specifico. I risultati sperimentali sono stati successivamente confermati attraverso simulazioni computazionali condotte in collaborazione con il Professor Zhang Xinglong della Chinese University of Hong Kong.
Le implicazioni di questa scoperta si estendono oltre la pura conoscenza scientifica, toccando aspetti cruciali della chimica verde e della sostenibilità industriale. La produzione farmaceutica convenzionale di composti chirali richiede spesso catalizzatori metallici costosi, condizioni di reazione severe e genera significativi quantitativi di sottoprodotti indesiderati. L'utilizzo del DNA come catalizzatore biologico programmabile potrebbe ridurre drasticamente l'impatto ambientale della sintesi farmaceutica, abbattendo contestualmente i costi di produzione di molecole complesse ad alto valore terapeutico.
Il gruppo di ricerca sta attualmente ampliando la gamma di reazioni chimiche controllabili attraverso questa piattaforma basata sul DNA, con particolare attenzione alla progettazione razionale di nuovi composti chirali per lo sviluppo farmaceutico di prossima generazione. L'approccio potrebbe rivelarsi particolarmente prezioso nella sintesi di farmaci biologici complessi e molecole terapeutiche innovative, dove la purezza enantiomerica costituisce un requisito regolatorio stringente. Rimangono da esplorare le applicazioni su scala industriale e l'integrazione di questa metodologia nei flussi produttivi esistenti, ma i risultati preliminari suggeriscono che il DNA potrebbe trasformarsi da semplice archivio genetico a strumento attivo nella medicina del futuro.