Nuovi enzimi per cosmetici verdi
La sintesi chimica attualmente impiegata nella produzione di cosmetici risente di limitazioni quali effetti collaterali indesiderati e la necessità di condizioni chimiche forti. Di conseguenza, il consenso generale è rivolto verso bioconversioni basate su enzimi industriali a ridotto impatto ambientale. Gli enzimi feruloil (FAE) e glucuronil esterasi (GE) sono tradizionalmente noti per la loro naturale capacità di scomporre la lignocellulosa, base della biomassa vegetale. Tali sostanze sono inoltre in grado di catalizzare la sintesi di una vasta gamma di molecole bioattive con proprietà interessanti, in particolare antiossidanti, con applicazioni nei settori alimentare, farmaceutico e cosmetico. Gli scienziati del progetto OPTIBIOCAT, finanziato dall’UE, hanno voluto identificare nuovi enzimi per la produzione di molecole ad attività antiossidante per l’industria cosmetica. «Il nostro obiettivo era quello di cercare nuovi enzimi in funghi e batteri con funzioni migliorate ed ecocompatibili», spiega la coordinatrice del progetto, la prof.ssa Vincenza Faraco. Ingegnerizzazione di nuovi enzimi È stato sviluppato un portafoglio impressionante di nuovi enzimi, comprendenti oltre 550 GE nuovi e 500 FAE putativi identificati da genomi di funghi e batteri mediante analisi bioinformatiche. I ricercatori hanno sequenziato e annotato il genoma di cinque diverse specie di lievito identificando nuovi FAE e GE e altri enzimi coinvolti nella degradazione della biomassa. OPTIBIOCAT ha compiuto un ulteriore passo in avanti progettando FAE e GE mutanti da nuovi enzimi scoperti nel progetto. La logica era quella di migliorare l’efficienza della fermentazione/produzione e stabilizzare sia le formulazioni enzimatiche che il ciclo di vita dei biocatalizzatori. Inoltre, partendo da tre FAE disponibili noti, attraverso la metodologia della mutagenesi casuale sono state espresse più di 60 000 varianti di evoluzione diretta di questi enzimi nel lievito. Varianti migliorate con stabilità operativa, termo-resistenza, resa e produttività maggiori sono state selezionate utilizzando postazioni di lavoro automatizzate. «Queste librerie di migliaia di varianti enzimatiche rappresentano una fonte che i partner OPTIBIOCAT possono ulteriormente esaminare per ricercare altre proprietà correlate alle applicazioni dietro l’ambito del progetto», continua la prof.ssa Faraco. Per convalidare i candidati più promettenti su scala industriale, gli scienziati li hanno prodotti in lieviti e funghi ospiti. In seguito all’ottimizzazione delle condizioni, sono stati raggiunti rendimenti di produzione fino a 20 litri. Espansione del portafoglio dei composti antiossidanti Allo stesso tempo, i ricercatori hanno impiegato due dei migliori enzimi candidati per generare e caratterizzare una libreria di oltre 300 nuovi composti. Tra i composti identificati, erano presenti esteri ad attività antiossidante, una proprietà che rende questi composti in grado di aggiungere un ulteriore valore alle formulazioni utilizzate nell’industria cosmetica. Successivi test in vitro su alcuni di questi composti per l’irritazione della pelle hanno dimostrato il loro profilo sicuro per l’uso nei cosmetici. Tuttavia, sono necessari ulteriori test composti per convalidare i loro potenziali effetti cosmetici. Complessivamente, il progetto OPTIBIOCAT migliora le capacità sintetiche di FAE e GE, ottimizzando contemporaneamente le reazioni di bioconversione. È importante sottolineare che supporta una transizione verso i processi enzimatici piuttosto che quelli chimici che si traduce anche in una minore sperimentazione animale, con evidenti implicazioni socioeconomiche. Come afferma la prof.ssa Faraco: «L’impatto dello studio va oltre la produzione di prodotti cosmetici contenenti ingredienti naturali; la conoscenza proveniente da questo progetto è sfruttabile in servizi e/o prodotti futuri in linea con le strategie di sviluppo dei partner non accademici». Considerando il mercato multimiliardario di enzimi industriali e antiossidanti, i risultati di OPTIBIOCAT saranno senza dubbio rapidamente commercializzati.
Parole chiave
OPTIBIOCAT, antiossidante, cosmetici, feruloil esterasi (FAE), glucuronil esterasi (GE)