I colli di bottiglia della produttività industriale
Le biotecnologie producono enzimi per un gran numero di applicazioni, dalla produzione alimentare all’industria farmaceutica. La fermentazione su scala industriale, tuttavia, pone alcune limitazioni allo sfruttamento commerciale delle biotecnologie e impone il miglioramento dell’efficienza produttiva. Il progetto ATRIEM (Advanced training in industrial enzyme manufacturing), finanziato dall’UE, ha concentrato la sua attenzione su due colli di bottiglia che si verificano nella fermentazione industriale, cioè l’eterogeneità cellulare e la secrezione di enzimi eterologhi. Allo stesso tempo, ha offerto una formazione di alta qualità nelle tecniche di microbiologia molecolare e cellulare e un’importante esperienza in ambiente industriale ad alcuni giovani ricercatori. Per approfondire il modo in cui le singole cellule rispondono alla produzione di enzimi di alto livello, il team ha creato sistemi promoter-reporter fluorescenti rispondenti ai diversi percorsi fisiologici e di differenziazione. Inseriti nella fermentazione di due enzimi industriali modello, questi sistemi hanno permesso agli scienziati di monitorare l’espressione genetica. Le osservazioni indicano che l’espressione degli enzimi eterologhi crea un collo di bottiglia nella produzione, a livello sia della popolazione sia delle singole cellule, confermando così lo stress della secrezione. L’impatto dello stress della secrezione sulla produttività è stato quantificato in dettaglio e i risultati mostrano che i responsabili sono gli enzimi eterologhi, non quelli nativi. Questi dati sottolineano l’importanza della coevoluzione tra un enzima nativo e il suo ospite naturale, evidenziando nuove strategie per il miglioramento della produttività. Gli scienziati, inoltre, hanno scoperto che l’ubicazione cromosomica della cassetta che esprime l’enzima è direttamente correlata all’efficienza della produzione. Nel complesso, le attività svolte dal team ATRIEM hanno fornito importanti informazioni di interesse industriale sui colli di bottiglia della produzione, che costituiranno la base per lo sviluppo di nuove strategie volte a migliorare la produttività delle biotecnologie.
Parole chiave
Settore delle biotecnologie, ATRIEM, eterogeneità cellulare, enzimi eterologhi, ubicazione cromosomica
