Le proteine leganti gli odori negli afidi

Questo lavoro di tesi presenta una ricerca effettuata con tecniche di biochimica e di biologia molecolare su proteine solubili coinvolte nella chemorecezione negli insetti. Lo studio della percezione olfattiva e gustativa negli insetti è stato affrontato solo recentemente, grazie alla identificazione dei recettori olfattivi in Drosophila melanogaster, reso possibile dal genoma completo del moscerino. Ma già 20 anni prima erano note proteine solubili capaci di legare reversibilmete odori e feromoni, le odorant-binding protein (OBP). Si tratta di polipeptidi di basso peso molecolare, presenti in alte concentrazioni nella linfa sensillare degli insetti, dove sono immerse le terminazioni dendritiche dei neuroni olfattivi. Per le OBP è stato inizialmente suggerito un ruolo di trasportatori di molecole odorose idrofobiche, ma le ultime ricerche dimostrano l’importanza della loro presenza per una corretta percezione degli stimoli olfattivi. Il lavoro sperimentale, descritto in questa tesi, riguarda la caratterizzazione delle OBP negli afidi, per la prima volta identificate in questi insetti fitofagi, estremamente dannosi in agricoltura. Sono state identificate nove OBP in Acyrthosiphon pisum, il cui genoma è in corso di sequenziamento, e la presenza di alcune di esse è stata saggiata in altre otto specie di afidi, mediante esperimenti di PCR. Due OBP risultano altamente conservate, un fenomeno abbastanza insolito per queste proteine. Il motivo di questo fatto probabilmente va collegato con la presenza di feromoni sessuali (nepetalattone e nepetalattolo) e di allarme (beta-farnesene) utilizzati da molte specie di afidi. Tre OBP sono state espresse per via eterologa in sistema batterico, ottenendo ottime rese, e sono state purificate mediante cromatografia a scambio ionico e gel filtrazione. Le proteine purificate sono state utilizzate in esperimenti di binding con diversi composti organici. Il dato piu’ interessante è rappresentao dal fatto che il farnesolo, una molecola simile al feromone di allarme beta- farnesene, viene legato solo da una delle tre OBP. Lo studio delle OBP negli afidi potrebbe fornire informazioni utili per adottare strategie alternative, mirate alla inibizione di queste proteine, nel controllo di popolazione di questi insetti in agricoltura

Structure and biotechnological applications of odorant-binding proteins

Odorant-binding proteins (OBPs) are small soluble polypeptides found in sensory organs of vertebrates and insects as well as in secretory glands and are dedicated to detection and release of chemical stimuli. OBPs of vertebrates belong to the family of lipocalin proteins, while those of insects are folded into \u3b1-helical domains. Both types of architectures are extremely stable to temperature, organic solvents and proteolytic digestion. These characteristics make OBPs suitable elements for fabricating biosensors to be used in the environment, as well as for other biotechnological applications. The affinity of OBPs for small volatile organic compounds is in the micromolar range, and they have broad specificity to a range of ligands. For biotechnological applications, OBPs can be expressed in bacterial systems at low cost and are easily purified. The large amount of information available on their structures and affinities to different molecules should allow the design of specific mutants with desired characteristics and represent a solid base for tailoring OBPs for different applications. \ua9 2013 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

Capacitance-modulated transistor detects odorant binding protein chiral interactions.

Peripheral events in olfaction involve odorant binding proteins (OBPs) whose role in the recognition of different volatile chemicals is yet unclear. Here we report on the sensitive and quantitative measurement of the weak interactions associated with neutral enantiomers differentially binding to OBPs immobilized through a self-assembled monolayer to the gate of an organic bio-electronic transistor. The transduction is remarkably sensitive as the transistor output current is governed by the small capacitance of the protein layer undergoing minute changes as the ligand–protein complex is formed. Accurate determination of the free-energy balances and of the capacitance changes associated with the binding process allows derivation of the free-energy components as well as of the occurrence of conformational events associated with OBP ligand binding. Capacitance-modulated transistors open a new pathway for the study of ultra-weak molecular interactions in surface-bound protein–ligand complexes through an approach that combines bio-chemical and electronic thermodynamic parameters