Dal mare un tesoro per l’industria biotech, enzimi di origine marina per una produzione industriale sostenibile

Gli ambienti marini rappresentano la più ricca fonte di nuovi geni, enzimi e prodotti naturali da utilizzare in processi industriali. In particolare, le specie microbiche che vivono in condizioni estreme sono una straordinaria risorsa naturale di enzimi più stabili ed efficienti che potrebbero migliorare le performance e la sostenibilità dei processi industriali rendendo disponibili per il futuro nuovi processi, applicazioni biotech e prodotti più economici ed ecologici. Lo sfruttamento dell’ancora sconosciuta biodiversità microbica, la cosiddetta ‘microbial dark matter’.

Il mese di aprile del 2015 ha visto il lancio di un ambizioso progetto quadriennale finanziato dall’UE che spera di liberare l’immenso potenziale degli enzimi ottenuti dal mare. Il consorzio internazionale ‘InMare’ (Industrial Application of Marine Enzymes), costituito da oltre 20 partner del mondo accademico e delle maggiori multinazionali operanti in ambito biotecnologico provenienti da 12 paesi, guidato da Peter Golyshin e Olga Golyshina dell’Università di Bangor (Galles), ha messo assieme un team di esperti mondiali allo scopo di identificare nuovi enzimi che potrebbero essere utili per industrie che spaziano dai cosmetici alla medicina.

Gli enzimi sono ampiamente usati nell’industria chimica, e sono anche fondamentali per altre industrie dove sono necessari dei catalizzatori biologici. Queste vanno dalla produzione di birra e biocarburanti, fino ai detergenti biologici e all’industria della carta. I microrganismi marini, come batteri, funghi, spugne e alghe, sono stati identificati come una fonte non sfruttata di enzimi, ma rimangono piuttosto sottoutilizzati. Soltanto una piccolissima parte degli enzimi marini hanno raggiunto la commercializzazione.

Il consorzio lavorerà per quattro anni a un progetto comune finanziato dal programma ‘Horizon 2020’ per sei milioni di euro, finalizzato a identificare, caratterizzare e utilizzare nuovi enzimi e metaboliti ottenuti da popolazioni microbiche marine. A tale scopo saranno sviluppate piattaforme innovative di screening e di espressione genica per l’identificazione e l’utilizzo della diversità funzionale di enzimi di origine marina: la ricerca sarà orientata in particolare alla produzione di molecole bioattive a elevato livello di purezza, allo sviluppo di tecnologie di risanamento ambientale e all’identificazione di farmaci anti-cancro. Al progetto, avviato a inizio aprile, il Cnr partecipa con l’Istituto di biomembrane e bioenergetica (Ibbe) di Bari e con l’Istituto per l’ambiente marino costiero (Iamc) di Messina.

Secondo il team di INMARE, si tratta di un’occasione persa. Il difficile ambiente marino potrebbe produrre ingredienti resistenti, già in grado di sopravvivere ai processi industriali estremi, e questo alla lunga potrebbero aiutare a ridurre i costi aziendali. Ciò avviene perché l’ottimizzazione degli enzimi, un processo per renderli più stabili e per migliorare le loro prestazioni, può essere dispendioso in termini di tempo e costoso, coinvolgendo il miglioramento di determinate caratteristiche quali resistenza al calore o la capacità di sopravvivere a pressioni estreme. Il progetto INMARE userà delle nuove tecniche di screening per identificare degli enzimi di origine marina potenzialmente promettenti. Particolarmente interessanti saranno i microbi capaci di sopravvivere in condizioni difficili come pressione, salinità o temperatura estreme. Tali microbi potrebbero contenere enzimi capaci di funzionare in contesti industriali con dure condizioni fisiche e chimiche, senza aver bisogno dell’ottimizzazione. Il progetto aprirà inoltre la strada a una tecnologia per la scoperta dei geni basata sulla bioinformatica.

Un altro importante elemento del progetto sarà la promozione della sostenibilità ambientale. Con le risorse globali che vengono usate ad una velocità in costante aumento, le risorse microbiologiche non sfruttate provenienti dal mare potrebbero fornire all’industria una fonte quasi illimitata di prodotti più sicuri, economici ed ecologici; a patto che questa risorsa venga gestita in modo responsabile. Il progetto non parte da zero, ma si basa su precedenti ricerche finanziate dall’UE. Il progetto MACUMBA ad esempio, che dura fino a luglio del 2016, ha aiutato a identificare nuovi modi di coltivare e aumentare l’efficienza di crescita dei microrganismi marini sia in habitat normali che estremi. Analogamente, il progetto MAMBA, finanziato dall’UE, ha sviluppato nuovi metodi per selezionare microrganismi per l’utile attività degli enzimi. Parte del lavoro di ricerca verrà condotto a bordo della nave oceanografica Urania. “Come Iamc-Cnr ci occuperemo anche di organizzare le campagne oceanografiche e di provvedere al campionamento da vari siti marini estremi”, aggiunge Yakimov. “I campioni raccolti, ovvero acqua e sedimenti, saranno utilizzati per l’isolamento del Dna, per studi genomici e metagenomici e per l’allestimento di colture di arricchimento per studi di coltivazione microbica. Naturalmente, tutto il materiale raccolto sarà condiviso con i partner del consorzio”.

“Il consorzio attualmente dispone già di oltre 100 librerie geniche provenienti da diversi ambienti, più o meno ‘estremi’, che saranno sottoposte a screening, ma prevede comunque la costruzione di altre librerie di Dna da ambienti estremofili non ancora studiati”, conclude Luigi Ceci dell’Ibbe. L’azione congiunta del consorzio InMare, esplorando mari e oceani, permetterà quindi di valorizzare questa straordinaria risorsa frutto di quattro miliardi di anni di evoluzione e possibile fonte di nuovi tesori biotecnologici di elevato potenziale per una produzione industriale sostenibile.

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