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Industrial Applications of Marine Enzymes: Innovative screening and expression platforms to discover and use the functional protein diversity from the sea

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Resistenti enzimi di origine marina pronti a sconvolgere l’industria

Un nuovo archivio di enzimi di origine oceanica, sufficientemente resistenti da sopportare le più ostili condizioni industriali, potrebbe fornire un nuovo e preziosissimo metodo per ridurre i costi in svariati settori dipendenti dall’impiego di enzimi.

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«Il progetto INMARE, finanziato dall’UE, si è rivelato un enorme successo», afferma il coordinatore del progetto, il prof. Peter Golyshin dell’Università di Bangor nel Regno Unito. «Abbiamo creato una vasta gamma di risorse che contribuiranno in modo significativo ad accorciare e semplificare il canale di scoperta degli enzimi industriali». Questo risultato è stato ottenuto individuando enzimi già adattati a processi industriali difficili, dato l’ostile ambiente marino da cui erano stati estratti. Gli enzimi vengono ampiamente utilizzati nell’industria e rappresentano un elemento fondamentale per settori quali la fabbricazione della birra, dei detergenti e della carta, in cui sono necessari catalizzatori biologici. I microrganismi marini, quali ad esempio i batteri, i funghi, le spugne e le alghe, sono da lungo tempo riconosciuti come una fonte di enzimi non sfruttata; ciononostante, solo una minima parte degli enzimi marini ha raggiunto la fase di commercializzazione. Il prof. Golyshin è sicuro del fatto che l’individuazione di questi enzimi accorcerà notevolmente (arrivando persino, in alcuni casi, a eliminare del tutto) il tedioso, caro e spesso infruttuoso processo di dover testare e ottimizzare gli enzimi in laboratorio. Catalizzatori per la produzione commerciale Dopo quattro anni di approfondita ricerca negli oceani e di conseguente screening in laboratorio, in totale sono stati clonati 974 enzimi utili. «Di questi, 311 sono stati caratterizzati in modo completo per quanto concerne la comprensione della loro capacità di convertire composti di rilevanza industriale», afferma il prof. Golyshin. «Sulla base di questa raccolta di enzimi, sono stati sviluppati e testati 15 biocatalizzatori per operazioni di processo pronti all’uso». Il progetto, che si è concluso alla fine di marzo del 2019, ha portato a quattro domande di brevetto e alla creazione di una start-up dedicata alla realizzazione di enzimi ottimizzati di origine naturale. Il progetto INMARE (Industrial Applications of Marine Enzymes: Innovative screening and expression platforms to discover and use the functional protein diversity from the sea) ha compreso più di 20 partner dal mondo accademico e dall’industria provenienti da 12 diversi paesi, tra cui partner industriali multinazionali leader del settore. «I nostri partner industriali di progetto sono leader di mercato nella produzione di enzimi e nella sintesi di chimica fine», afferma il prof. Golyshin. «Il loro obiettivo è realizzare in modo efficiente prodotti farmaceutici più sicuri, prodotti agricoli più economici e prodotti biologici migliori». Queste aziende hanno avuto l’opportunità di accedere per prime ai dati raccolti dai partner accademici del progetto, così da poter valutare l’eventuale ulteriore potenziale commerciale. In seguito al completamento del progetto, il consorzio renderà disponibile l’elenco dei materiali (enzimi, archivi, ecc.) che potranno essere ulteriormente sfruttati da terze parti. Soluzioni provenienti da fonti sostenibili Il progetto INMARE è stato avviato nel mese di aprile del 2015 con l’ambizioso obiettivo di svelare i segreti del mare. «L’oceano, ricoprendo il 71 % della superficie terrestre, è il più grande ambiente naturale presente nel nostro pianeta», sottolinea il prof. Golyshin. «Ospita una miriade di microrganismi altamente diversi. Secondo le nostre aspettative, una così enorme biodiversità deve contenere una moltitudine di enzimi e metaboliti tuttora inesplorati che potrebbero fornire nuove soluzioni per la bioeconomia». Il team del progetto si è avvalso di nuove tecniche di screening per individuare enzimi potenzialmente promettenti presenti in microrganismi marini. Il precedente progetto MAMBA, svoltosi dal 2009 al 2013 e anch’esso finanziato dall’UE e coordinato dal prof. Golyshin, ha sviluppato nuovi metodi per lo screening delle risorse genomiche dei microbi marini al fine di determinare un’attività enzimatica utile. «Ma i risultati di INMARE sono stati ancora più impressionanti», afferma. Di particolare interesse per il team di INMARE sono stati i microbi in grado di sopravvivere in condizioni difficili, come quelle caratterizzate da salinità o temperatura estreme o pressione elevata. «Sapevamo che questi microbi potevano produrre enzimi in grado di sopportare le ostili condizioni fisiche e chimiche di specifici ambienti industriali, eliminando quindi la necessità di ottimizzarli», spiega il prof. Golyshin. «Ottimizzare gli enzimi, renderli stabili e più efficienti può rivelarsi un processo dispendioso in termini di tempo e denaro e rappresenta un noto ostacolo nello sviluppo di applicazioni industriali». Il progetto INMARE è inoltre pienamente in linea con la transizione dell’Europa verso un’economia più sostenibile e maggiormente ecocompatibile, capace di sfruttare le risorse rinnovabili sostenendo un dispendio energetico minimo. Gli enzimi di origine marina sono un’alternativa valida e attraente alla catalisi chimica, che è legata a un impiego massiccio di solventi e a condizioni di reazione costose dal punto di vista energetico. «Risorse microbiologiche non sfruttate provenienti dal mare potrebbero fornire all’industria una fonte pressoché illimitata di prodotti più sicuri, più economici e più rispettosi dell’ambiente, purché queste risorse siano gestite in modo sensibile», osserva il prof. Golyshin.

Parole chiave

INMARE, rinnovabile, marino, enzimi, energia, biologia, chimico, industriale, mare, oceano, batteri, funghi, spugne, alghe

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