Alcune molecole biologiche diventano instabili sotto radiazione UV: il nuovo studio sul rischio di danni al DNA

Un laser a raggi X rivela come il 2-thiouracil si deforma sotto i raggi UV, alterando la sua struttura e aumentando la sua reattività.

Molte molecole biologiche cambiano forma quando vengono colpite dalla luce ultravioletta. È una proprietà affascinante, che riguarda anche alcuni farmaci, ma su cui c’è ancora tanto da capire. Alcuni composti, infatti, reagiscono alla radiazione UV in modi inaspettati, modificando la loro struttura e, potenzialmente, diventando dannosi. Per studiare meglio questi fenomeni, un team internazionale ha sfruttato una tecnologia all’avanguardia che permette di “rallentare” e osservare in dettaglio questi processi ultraveloci.

La tecnica si chiama imaging a esplosione di Coulomb, e l’idea di base è piuttosto spettacolare: si usano impulsi di raggi X potentissimi per strappare via elettroni dalle molecole, rendendole instabili fino a farle letteralmente a pezzi. Studiando il modo in cui i frammenti si disperdono, è possibile ricostruire la loro struttura originale e capire come cambia sotto diversi stimoli. Finora, però, questo metodo era stato applicato solo a molecole molto semplici.

Grazie a un’attrezzatura sperimentale super avanzata, un gruppo di ricercatori della Goethe University di Francoforte, insieme agli esperti del DESY di Amburgo e del European XFEL, ha provato ad applicarlo a qualcosa di più complesso: il 2-thiouracil, una molecola che deriva dalle basi azotate del DNA e che ha proprietà mediche interessanti. Usando il potentissimo laser a raggi X del European XFEL, gli scienziati sono riusciti a osservare per la prima volta come questa molecola reagisce alla radiazione UV.

L’esperimento è stato progettato con una precisione incredibile. Le molecole di 2-thiouracil sono state spruzzate attraverso un sottilissimo getto di gas, in modo da poterle isolare e colpire una per una. Prima un impulso UV le ha “attivate”, poi un raggio X le ha fatte esplodere, permettendo ai ricercatori di studiare in dettaglio ogni minima modifica strutturale.

Cosa succede al 2-thiouracil quando assorbe radiazione UV

Ecco la scoperta più interessante: quando il 2-thiouracil assorbe la luce UV, cambia completamente conformazione. Da piatto e stabile, si piega e spinge fuori il suo atomo di zolfo, un’alterazione che lo rende estremamente reattivo. Questo stato dura abbastanza a lungo da far sì che la molecola possa interagire con altre strutture biologiche, aumentando il rischio di danni al DNA e, potenzialmente, di sviluppare tumori alla pelle.

Ma c’è di più. I ricercatori hanno anche scoperto che non è necessario tracciare tutti gli atomi della molecola per capirne il comportamento. Bastano pochi elementi chiave, come zolfo, ossigeno e idrogeno, per ricostruire l’intera trasformazione. Questo significa che in futuro sarà molto più facile studiare altre molecole complesse senza dover raccogliere un’enorme quantità di dati.

Uno sguardo nuovo sulla stabilità molecolare

Questi risultati aprono prospettive entusiasmanti. Ora che è possibile osservare in slow motion come una molecola biologicamente attiva cambia forma sotto la luce UV, diventa più facile capire i meccanismi che portano ai danni cellulari. Un aspetto particolarmente interessante dell’esperimento è che ha dimostrato come l’imaging a esplosione di Coulomb possa essere usato su molecole molto più complesse di quelle analizzate finora. In passato, questa tecnica aveva dato risultati concreti solo per strutture molto semplici, ma grazie all’uso combinato del potente laser a raggi X di European XFEL e delle strumentazioni sviluppate all’Università di Francoforte, gli scienziati sono riusciti a spingersi oltre, ricostruendo il comportamento di un composto con rilevanza biologica e farmacologica.

Le potenzialità di questo approccio sono enormi. Oltre allo studio di farmaci e composti biologici, potrebbe essere impiegato in ricerche sulla stabilità molecolare, per capire meglio come le radiazioni influenzano le strutture chimiche a livello atomico. Inoltre, permetterà di sviluppare strategie per mitigare gli effetti dannosi dei raggi UV, sia a livello medico che nel campo della protezione dei materiali. Con strumenti sempre più avanzati, questa tecnologia potrebbe rivoluzionare il modo in cui osserviamo e comprendiamo il comportamento della materia su scale temporali ultra-ridotte.