Nuovi ceppi di microbi che consumano gas serra creano preziosi sottoprodotti
Il trattamento dei rifiuti liquidi e solidi è uno dei processi responsabili della produzione di metano, un gas serra attualmente rilasciato nell’atmosfera in grandi quantità. Il gas può tuttavia fungere anche da materia prima per alcuni microrganismi denominati metanotrofi, che producono sostanze chimiche utili che trasformano i rifiuti in una risorsa preziosa, contribuendo al tempo stesso a mitigare l’effetto serra. Alcuni metanotrofi producono sostanze chimiche preziose in modo naturale. Ad esempio, i batteri del genere Methylocystis producono poliidrossibutirrato (PHB), una plastica biodegradabile, mentre il Methylomicrobium alcaliphilum produce ectoina, un osmoprotettore di alto valore con un prezzo di mercato di oltre 1 000 euro per chilogrammo. Gli osmoprotettori sono piccole molecole organiche con carica neutra e bassa tossicità ad alte concentrazioni, che aiutano gli organismi a sopravvivere a uno stress osmotico estremo. Il progetto CH4BioVal, finanziato dall’UE, ha cercato di comprendere e migliorare la capacità di due tipi di metanotrofi che producono PHB ed ectoina. Questa ricerca è stata intrapresa con il supporto del programma Marie Skłodowska-Curie.
Prestazioni migliorate
Affinché i metanotrofi possano essere utilizzati come piattaforme economicamente sostenibili per la biotecnologia industriale, è necessario migliorare le prestazioni di questi organismi. Ciò può essere ottenuto aumentando le rese dei preziosi composti che producono in modo naturale sviluppando gli strumenti genetici e bioinformatici necessari per espandere la gamma attualmente ristretta di prodotti che possono essere prodotti dal metano. I metanotrofi sfruttano il metano come unica fonte di carbonio ed energia e hanno un grande potenziale come piattaforme per l’ingegneria metabolica, dove vengono modificati e trasformati in «fabbriche cellulari». L’iniziativa CH4BioVal ha contribuito a far avanzare questo approccio generando modelli metabolici su scala genomica (GSMM, Genome-Scale Metabolic Models). «Questi modelli matematici basati sul genoma metanotrofo consentono agli scienziati di comprendere meglio il loro metabolismo e i prodotti che possono produrre dal metano», afferma Sergio Bordel, borsista di ricerca Marie Curie. I ricercatori si sono concentrati sullo sviluppo di GSMM per consentire agli scienziati di prevedere il comportamento delle cellule in condizioni diverse. Ciò ha anche permesso loro di prevedere l’esito delle manipolazioni genetiche a seguito dell’aggiunta o della soppressione di nuovi enzimi e quindi delle reazioni metaboliche che questi catalizzano. «Abbiamo sviluppato e convalidato i primi GSMM di metanotrofi di tipo II. La disponibilità di questi GSMM ci consentirà di produrre sostanze chimiche dal metano mediante processi biologici», spiega Bordel.
Risultati prevedibili
CH4BioVal ha utilizzato i GSMM come piattaforme per l’ingegneria metabolica. «Questa manipolazione genetica per ottenere ceppi che producono prodotti di alto valore dal metano consentirà di creare una nuova bioeconomia dai gas serra, con i relativi benefici ambientali ed economici per l’Europa», commenta Bordel. Inoltre, gli scienziati che lavorano sui metanotrofi trarranno beneficio da CH4BioVal attraverso una migliore comprensione del metabolismo di questi organismi, così come le aziende dedicate alla gestione dei rifiuti, fornendo una nuova fonte di valore per la loro attività. L’ambiente beneficerà della riduzione delle emissioni di metano nell’atmosfera. Il progetto creerà anche una nuova piattaforma per produrre sostanze chimiche da una fonte rinnovabile. Quindi, la società nel suo insieme riceverà tutti questi benefici significativi. «È effettivamente possibile utilizzare il metano in modi molto più efficienti rispetto al semplice bruciarlo per ottenere energia: basta bruciare denaro!», conclude Bordel.
Parole chiave
CH4BioVal, metano, metanotrofo, gas a effetto serra, PHB, ectoina, osmoprotettore, ingegneria metabolica, poliidrossibutirrato, modello metabolico su scala genomica
