Proteine adattate al freddo migliorano la protezione dal congelamento
Gli enzimi adattati al freddo che mantengono un’alta attività specifica a basse temperature sono di interesse in varie applicazioni biotecnologiche, quali lo sviluppo di detergenti e i processi di trasformazione alimentare. Le proteine che si legano al ghiaccio proteggono dal congelamento o da lesioni da ghiaccio gli organismi presenti in habitat freddi inibendo la formazione di cristalli di ghiaccio. Queste proteine hanno il potenziale per essere sfruttate nell’industria come prodotti antigelo. Combinare la biologia dei sistemi con la bioinformatica Il progetto di ricerca MeTABLE, intrapreso con il supporto del programma Marie Curie, è stato uno sforzo collaborativo per acquisire nuove conoscenze sul meccanismo di adattamento degli organismi che vivono in ambienti freddi. Partner industriali e accademici hanno combinato approcci bioinformatici, biologia molecolare e biochimica per sviluppare strumenti per l’analisi genomica e l’evoluzione pilotata di enzimi da microbi antartici. «L’idea era quella di caratterizzare e produrre molecole bioattive da microrganismi adattati al freddo», spiega la coordinatrice del progetto, la dott.ssa Sandra Pucciarelli. I ricercatori hanno analizzato e annotato sequenze genomiche da protozoi psicrofili e mesofili e sviluppato nuovi strumenti per l’analisi genomica di microrganismi da ambienti estremi. La ricerca di vie metaboliche estremofile ha aiutato i team scientifici a comprendere l’adattamento ambientale a condizioni sotto zero e a sfruttare nuovi enzimi per scopi industriali. Macro potenziale svelato I ceppi batterici isolati da ecosistemi marini antartici quali le specie di Marinomonas hanno dimostrato la capacità di riciclare il materiale organico presente nel fondo marino e di produrre metaboliti secondari. In particolare, i ricercatori hanno svelato la presenza di vie metaboliche che utilizzano composti aromatici come fonti alternative di carbonio o altri inquinanti per produrre antibiotici. Questa scoperta ha suggerito l’uso potenziale di questa specie batterica per scopi di biorisanamento e per la produzione di molecole bioattive. Le amilasi idrolizzano l’amido e rappresentano circa il 30 % del mercato mondiale degli enzimi con numerose applicazioni industriali. Durante MeTABLE, gli scienziati hanno isolato amilasi ad alta attività a basse temperature dal protozoo antartico Euplotes focardii. Attraverso l’ingegneria molecolare, hanno migliorato con successo la stabilità di questi enzimi, rendendoli meno termolabili e più adatti per applicazioni industriali. Una parte del progetto è stata anche dedicata alla famiglia degli enzimi superossido dismutasi, che sono implicati nella disintossicazione dallo stress ossidativo. La caratterizzazione biochimica di queste molecole ha fornito informazioni importanti sul loro modo di agire. Il valore biotecnologico delle scoperte MeTABLE Complessivamente, la ricerca MeTABLE ha portato alla caratterizzazione di biomolecole che funzionano a basse temperature, ad alte concentrazioni di sale o a condizioni di pH estremo e sono implicate nell’adattamento ad ambienti estremi. Tali molecole possono essere di interesse per applicazioni industriali o di largo consumo quali i processi di trasformazione alimentare, la conservazione degli alimenti e gli antibiotici. In particolare, gli enzimi attivi al freddo riducono il consumo di energia nelle reazioni catalizzate rispetto agli omologhi mesofili o termofili, fornendo evidenti benefici economici. Inoltre, le scoperte di MeTABLE hanno portato a nuovi prodotti brevettati con un grande potenziale di commercializzazione. Sono state aperte nuove applicazioni, tra cui dispositivi di decontaminazione dell’acqua e nell'assistenza sanitaria, con un impatto significativo sulla vita quotidiana dei cittadini europei. È importante sottolineare che il progetto ha aumentato la visibilità dei partner nella comunità scientifica, gettando le basi per nuove collaborazioni con l’industria. In prospettiva, la dott.ssa Pucciarelli ritiene che «l’ingegneria delle proteine attraverso la progettazione razionale e l’evoluzione pilotata sia la strada da percorrere per adeguare le proprietà degli enzimi alle esigenze applicative».
Parole chiave
MeTABLE, proteina, enzimi attivi al freddo, bioinformatica, ambiente estremo, metabolico, evoluzione pilotata, proteine che si legano al ghiaccio, amilasi, biorisanamento
