I cianobatteri per la produzione di idrogeno
L’obiettivo del progetto CYANOFACTORY (Design, construction and demonstration of solar biofuel production using novel (photo)synthetic cell factories), finanziato dall’UE, era di introdurre nuovi circuiti genetici nei cianobatteri. Questi microrganismi acquatici sono in grado di generare idrogeno come prodotto secondario della fotosintesi. Tuttavia, l’idrogeno prodotto si degrada velocemente prima di essere rilasciato dalle cellule. Per produrre maggiori quantità a velocità più elevate, i cianobatteri sono stati modificati per prevenire la conversione chimica del bioidrogeno prodotto. Gli approcci della biologia di sintesi hanno quindi un ruolo centrale nel progetto CYANOFACTORY. Sfruttando le conoscenze relative a processi biochimici e funzioni dei geni ben noti, sono stati introdotte delle modifiche genetiche altamente specifiche negli organismi fotosintetici per produrre bioidrogeno. Poiché i cianobatteri trasmettono geni estranei, è stata prestata particolare attenzione alla sicurezza. I partner di CYANOFACTORY hanno inserito dei geni che codificano degli enzimi più efficienti e hanno sottoregolato i geni per l’inutile conversione chimica dell’idrogeno prodotto. Dei ceppi sono stati acclimatati per aumentare la loro tolleranza alle sostanze chimiche che producono e alle condizioni di crescita non costanti a cui sono esposti nei fotobioreattori all’aperto. È stato introdotto un meccanismo suicida nel caso di fuoriuscite accidentali dei cianobatteri dai fotobioreattori nell’ambiente. Questa morte cellulare programmata era basata su coppie di tossine e antitossine presenti nelle cellule di questi microrganismi acquatici. La fase finale del progetto CYANOFACTORY era rappresentata dalla costruzione di una rete di fotobioreattori da 100 litri interconnessi, che erano sufficientemente piatti da permettere ai microrganismi di ricevere abbastanza luce. Il sistema ha permesso ai partner del progetto di convalidare i parametri per la produzione dell’idrogeno determinati negli esperimenti di laboratorio su piccola scala e di identificare eventuali strozzature nella fabbricazione. I partner del progetto hanno formato molti studenti e giovani scienziati all’inizio della loro carriera in questo importante campo della produzione di combustibile solare microbico. L’attenzione era chiaramente concentrata sulla biologia sintetica innovativa e i fotobioreattori avanzati, nonché su come gestire, conservare e analizzare grandi quantità di dati. La sintesi di bioidrogneo di CYANOFACTORY non compete con la produzione alimentare e non ha un impatto negativo sull’ambiente, in quanto richiede quasi soltanto cellule microbiche, luce solare e un sistema di cattura dell’idrogeno. Questa nuova tecnologia avrà un impatto positivo sulla bioeconomia emergente europea, in quanto produrrà organismi ingegnerizzati su larga scala in modo efficiente ed economico.
Parole chiave
Cianobatteri, biocombustibile, CYANOFACTORY, bioidrogeno, fotobioreattore, bioeconomia
