«Zattere» batteriche sintetiche dimostrano di ottimizzare i bioprocessi
I batteri sono utilizzati nell’ambito della biotecnologia per la produzione di un ampio ventaglio di composti preziosi. Tuttavia, le prestazioni di questi microrganismi sono spesso limitate per la tossicità di alcuni composti, oltre che per la difficoltà di controllare le complesse interazioni che si verificano all’interno delle cellule batteriche. Affrontare il problema della tossicità nei batteri ingegnerizzati, denominati dagli scienziati telai microbici, potrebbe condurre a prestazioni migliori. Un modo per raggiungere tale obiettivo potrebbe essere «contenere» le reazioni biotecnologiche all’interno dei batteri, affinché le cellule batteriche siano protette nel loro complesso dalle reazioni tossiche. Questa tecnica potrebbe sfociare nello sviluppo di telai microbici ottimizzati, adattati per la produzione di diversi tipi di composti a favore di una serie di applicazioni industriali, dalla sanità ai prodotti alimentari. «Quando si tratta della progettazione genetica e della realizzazione dei telai microbici spuntano sempre nuove sfide», afferma Daniel López, coordinatore del progetto Rafts4Biotech, nonché ricercatore principale presso il Consiglio di ricerca nazionale spagnolo (CSIC). «Probabilmente, la sfida più importante è fare funzionare il telaio in condizioni industriali e non solo in condizioni di laboratorio ottimizzate.»
Bioprocessi industriali all’insegna dell’efficienza
Il progetto Rafts4Biotech si è basato su attività precedenti dedicate a raggiungere questo obiettivo. Il laboratorio di López si è occupato di esaminare i microdomini funzionali, ovvero piccole regioni di una membrana cellulare caratterizzate da strutture peculiari. «Determinati microdomini sono noti per la promozione di interazioni proteiche batteriche», spiega. «Di solito prendiamo di mira queste strutture microbiche per dare origine a nuovi antimicrobici.» Ciononostante, il progetto Rafts4Biotech ha adottato l’approccio contrario. «Ci siamo chiesti se fosse possibile ingegnerizzare microdomini nei batteri per favorire interessanti interazioni proteiche», aggiunge López. «Volevamo capire se ciò avrebbe migliorato l’efficienza dei bioprocessi industriali.» Pertanto, López e il suo gruppo hanno cominciato a progettare microdomini sintetici, o «zattere», nei batteri. In seguito questi ceppi sono stati impiegati per la produzione di composti utili dal punto di vista industriale per settori quali quello cosmetico e farmaceutico, per vedere se era possibile raggiungere livelli di efficienza. «In primo luogo, intendevamo dimostrare che la nostra tecnologia funzionava in condizioni di laboratorio», osserva López. «E, in secondo luogo, che era effettivamente possibile applicarla a determinate bioreazioni in scenari industriali. Ciò avrebbe davvero dato prova dell’applicabilità potenziale della nostra tecnologia.» Il progetto Rafts4Biotech è riuscito nell’intento di ingegnerizzare i microbi che relegano reazioni rilevanti in termini biotecnologici in microdomini specifici della membrana. Questa tecnica isola le reazioni da altri processi metabolici batterici e protegge le cellule da interferenze indesiderate. In definitiva, ciò migliora l’efficienza dei processi biotecnologici.
Tecnologia di prossima generazione
López afferma che un punto di forza fondamentale di questa tecnologia risiede nella sua versatilità. Nell’ambito della sanità, ad esempio, la tecnologia potrebbe contribuire alla realizzazione di antimicrobici di prossima generazione che non è possibile produrre in condizioni tradizionali. Ciò potrebbe favorire la lotta contro le infezioni batteriche multifarmaco-resistenti, che si confermano una forte minaccia per la salute pubblica. Inoltre, la tecnologia potrebbe permettere al settore industriale di raggiungere livelli di efficienza produttiva notevoli. Ad esempio, nel settore cosmetico, i prodotti per il trucco, la pelle e i capelli contengono molecole, tra cui pigmenti naturali e vitamine, spesso realizzati mediante tecniche di sintesi chimica costose. A tale proposito, il progetto Rafts4Biotech potrebbe consentire alle aziende produttrici di sostituire la produzione di molecole chimiche con bioprocessi più sostenibili che funzionano a temperature inferiori e richiedono meno energia. «La nostra tecnologia non si limita alla generazione di un singolo microbo particolare, ma dispone della capacità di migliorare determinati processi industriali», osserva López. Tra i prossimi passi figurano l’ampliamento della tecnologia a ulteriori ambiti importanti per il settore industriale. «Mi auguro che questo progetto contribuisca a promuovere l’affermarsi di una biotecnologia ben consolidata», afferma López.
Parole chiave
Rafts4Biotech, batterico, biologico, farmaceutico, cosmetico, microbico, progettazione genetica, microdomini, cellule
