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Fare luce sulla fotosintesi

Aumentare l’appetito delle piante per il sole è solo uno degli elementi di questa ricerca straordinaria.

Energia

Sempre più spesso le piante sono oggetto di applicazioni industriali, dalla coltivazione di massa organica utilizzabile come biocarburante fino alla produzione su larga scala di sostanze chimiche utili, come integratori alimentari e farmaci. Alla base di tutti questi processi vi è la necessità di convertire in modo più efficiente l’energia solare in biomassa: proprio su questo aspetto si concentra il progetto SE2B, finanziato dall’UE. Nei vegetali, tale scambio è spesso inibito: infatti, sebbene generalmente le piante si sviluppino in modo tale da assorbire la massima quantità di luce fisicamente possibile, la presenza di energia in eccesso può danneggiarle a livello metabolico.

Energia in eccesso

«Le piante possiedono un meccanismo di regolazione attivabile se l’organismo vuole liberarsi di una parte dell’energia, nel caso in cui riceva troppa luce», spiega Claudia Büchel, coordinatrice del progetto SE2B. «È fisica: i vegetali ricevono tanta luce quanta ne viene fornita. Potrebbe essere troppa o troppo poca». Per svilupparsi, le piante organizzano le proprie vie metaboliche intorno alla quantità media di energia che si attendono di ricevere. Identificare le proteine che controllano tale finestra e comprenderne il funzionamento potrebbe permetterci di modificarla in modo che le piante possano crescere con tassi di assorbimento della luce diversi. «Se riuscissimo a superare questo limite, potremmo impostare tolleranze migliori e rendere la crescita delle piante più efficiente», afferma Büchel. Ad esempio, la maggior parte delle microalghe vengono coltivate in ampie vasche, difficili da illuminare in modo uniforme. Inoltre, il fluido deve essere mescolato costantemente per muovere le alghe, un’operazione particolarmente costosa. Tali costi potrebbero essere ridotti modificando le alghe così che riescano a svolgere la fotosintesi in uno spettro di intensità luminosa più ampio.

Alla ricerca di somiglianze

Durante la ricerca, svolta presso l’Università Goethe di Francoforte in Germania, Büchel ha guidato un consorzio di 11 organizzazioni, compresi gruppi di ricerca e imprese commerciali, al fine di comprendere meglio i processi biologici alla base della fotosintesi. Il lavoro si è esteso su tre livelli di complessità, dall’analisi della struttura proteica negli organuli di raccolta della luce fino alla misurazione dei fenotipi vegetali. Lo studio è stato incentrato sulle somiglianze e le differenze di quegli organismi che più comunemente sono impiegati in approcci biotecnologici e nell’agricoltura, quali cianobatteri, alghe verdi, diatomee e piante superiori. I ricercatori si sono posti un altro interrogativo centrale: in che modo è possibile rendere più efficiente il trasferimento di energia dalle proteine di raccolta della luce ai processi metabolici? «Come biologa, trovo affascinante osservare organismi che affrontano gli stessi problemi e si evolvono bilanciando i meccanismi in modo indipendente», aggiunge Büchel. «Si scoprono sempre elementi e strade nuovi».

Studi pubblicati

Büchel afferma che, grazie a tali studi, «siamo ora a conoscenza di alcuni metodi per migliorare queste piante, sebbene debbano essere sottoposti a sperimentazioni». Con ogni probabilità, il lavoro svolto troverà applicazione in industrie biotecnologiche che utilizzano le alghe per sviluppare sostanze chimiche di interesse. Alcuni strumenti hardware sviluppati o migliorati nel corso dello studio, durato quattro anni, sono già stati commercializzati; tra essi troviamo impianti di fenotipizzazione vegetale automatica e microscopi ottici a iper-risoluzione, e molti altri sono in arrivo. Questa ricerca è stata condotta grazie al supporto del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie. Büchel afferma che il finanziamento è stato di «straordinario» aiuto, sottolineando che i ricercatori sostenuti dalla sovvenzione hanno potuto ampliare le proprie reti professionali e che molti, di conseguenza, hanno ottenuto impiego nel mondo accademico o industriale. La pubblicazione delle scoperte dello studio prosegue. L’elenco completo è disponibile sul sito web del progetto.

Parole chiave

SE2B, solare, energia, biomassa, fotosintesi, Francoforte, efficienza, trasferimento, cianobatteri, alghe, diatomee, piante

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