Un giro nella Svezia negli anni ’20
Mentre le prime forme di centrifuga di base risalgono a più di 150 anni fa, quando la loro capacità di separare la panna dal latte fu riconosciuta per la prima volta, la storia dell’ultracentrifuga analitica può essere fatta risalire agli anni ’20 e al chimico Théodor Svedberg a Uppsala, Svezia.
Occupato a studiare la diffusione, l’assorbimento della luce e le proprietà di sedimentazione dei colloidi all’Università di Uppsala, Svedberg divenne sempre più interessato alle sfide della combinazione di chimica e centrifugazione. Nel 1923, con l’aiuto di collaboratori come J. B. Nichols e l’ingegnere Alf Lysholm, Svedberg sviluppò la prima ultracentrifuga; in grado di raggiungere 42.000 giri/minuto (900.000 x g), che includeva anche un sistema ottico per la raccolta di dati sulla sedimentazione.
Il suo protocollo era notevolmente simile a quello usato oggi con l’AUC: Le soluzioni di proteine-colloidi erano racchiuse in celle parallele piane di cristallo di rocca, con ogni allestimento coperto da uno strato di olio sotto vuoto e posto in un rotore collocato in cima a un albero verticale dotato di un sistema di raffreddamento. L’alloggiamento disponeva di due finestre in modo che un fascio di luce UV potesse attraversare il campione durante la centrifugazione, con immagini rilevate da una telecamera UV.1
I primi risultati dell’AUC di Svedberg lo convinsero che le proteine erano aggregati di una singola, grande unità con un peso molecolare di 17.500 Da (poi soprannominata “la Svedberg” in suo onore). Pensava, erroneamente, come si apprese in seguito, che tutte le proteine fossero semplicemente multipli di questa unità di base.
Indipendentemente da questo erronea deduzione iniziale, nel 1926 Svedberg divenne il primo ricercatore a utilizzare quello che oggi viene chiamato equilibrio di sedimentazione per determinare il peso molecolare di proteine complesse come l’emoglobina e l’ovoalbumina, lanciando così una rivoluzione nella conoscenza scientifica della struttura delle proteine.2,3
L’ultracentrifuga a turbina di Svedberg sarebbe diventata uno strumento indispensabile per i chimici delle proteine, per quasi 20 anni. Continuò a progettare e costruire nuovi rotori per la sua invenzione finché non fu certo di aver raggiunto la massima velocità operativa possibile.
Secondo la leggenda, svolgeva gran parte di questo lavoro non nel suo laboratorio, ma in una baracca situata in un’area boschiva molto lontana. Lì, determinava con precisione la velocità con cui un rotore d’acciaio poteva girare aumentando la sua velocità di rotazione, tramite controllo remoto, fino a quando il rotore non esplodeva letteralmente. Per registrare le varie esplosioni utilizzava un sismografo.4
Sempre nel 1926, Svedberg fu insignito del Premio Nobel, non per aver costruito la prima ultracentrifuga analitica, come alcuni pensano, ma per il suo lavoro rivoluzionario nell’ambito della chimica dei colloidi. I suoi studi avevano effettivamente dimostrato che le proteine sono macromolecole composte da atomi legati da legami covalenti. In seguito, l’AUC sarebbe diventata la tecnica fondamentale utilizzata per i primi sviluppi di campi quali la biochimica e la biologia molecolare.5
I principi dell’AUC, stabiliti da Svedberg e dai suoi colleghi in Svezia, sono cambiati ben poco dal 1926. A quel tempo, sembrava che l’adozione di questa nuova tecnologia avesse la strada completamente spianata.
Grazie ad altri influenti scienziati in Francia e in America, questo si dimostrò vero.
1Koehler CSW. Developing the ultracentrifuge. Today’s Chemist at Work 2003:(2)63-66.
2Buie J. Evolution of the lab centrifuge. Lab Manager 2010;5(4):38-39.
3Serdyuk IN, Zaccai NR, Zaccai J. Methods in molecular biophysics: structure, dynamics, function. 1st ed. New York (NY): Cambridge University Press; 2007.
4Schuck P. Sedimentation velocity analytical ultracentrifugation: discrete species and size-distributions of macromolecules and particles. Boca Raton (FL): CRC Press; 2016.
5Balbo A, Schuck P. Analytical ultracentrifugation in the study of protein self-association and heterogeneous protein-protein interactions. Protein Biophysics Resource, Division of Bioengineering & Physical Science, ORS, OD, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland [cited 2016 Nov 2].
