Ingegneria delle microalghe: una produzione più verde di biomassa e biocarburanti
L'obiettivo del progetto 'Towards a better sunlight to biomass conversion efficiency in microalgae' (SUNBIOPATH) consisteva nel potenziamento del rendimento in termini di biomassa della Chlamydomonas reinhardtii e della Dunaliella salina, ovvero due specie di microalghe verdi. I ricercatori hanno studiato la fotochimica e il processo di cattura della luce del sole nei complessi di raccolta di luce (Lhc) presenti nei cloroplasti di queste alghe. Sono stati inoltre analizzati I percorsi biochimici e I meccanismi di segnalazione che influenzano la sintesi ATP nella cellula algale. Gli esperti hanno adottato un approccio incrementale finalizzato alla valutazione della crescita ottimale e dell'efficienza di fotoconversione dei ceppi microalgali dei mutanti selezionati all'interno di fotobioreattori di varie dimensioni (fino a un massimo di 250 litri). La produzione di biometano, la riduzione delle emissioni di biossido di carbonio (CO2) e I rendimenti in termini di biomassa rappresentavano alcuni dei parametri utilizzati per l'analisi comparativa delle prestazioni. I partecipanti al progetto hanno creato un microspettrofotometro basato sul rilevamento computerizzato dei mutanti fotosintetici, che è stato utilizzato per lo screening di oltre 10 000 cellule trasformanti, vale a dire cellule in grado di esprimere geni a partire dal DNA introdotto. Tra I quattro mutanti rilevanti isolati, uno ha interessato il gene PTOX2, che codifica il plastochinone ossidasi, vale a dire un enzima che influenza l'attitudine fotosintetica. Gli altri tre mutanti hanno interessato le antenne di raccolta della luce. Dalle analisi è emerso che l'ingegnerizzazione delle cellule con antenne di raccolta della luce più piccole potrebbe rendere possibile la penetrazione della luce in un punto più profondo degli strati dei fotobioreattori, aumentando in tal modo l'efficienza fotosintetica. Per mettere in pratica questi vantaggi, gli scienziati hanno realizzato un reattore a onde di superficie, in grado di massimizzare la crescita dei mutanti con antenne dalle dimensioni ridotte. I ricercatori hanno caratterizzato la proteina Lhc, che lega pigmenti quali la clorofilla e I carotenoidi all'interno delle antenne, analizzando altresì due fattori (la proteina Nab1 e Cas) che ne controllano l'espressione. I risultati raggiunti offrono nuove prospettive nel campo della regolazione della risposta luminosa della specie microalgale C. reinhardtii. I partecipanti al progetto hanno inoltre individuato sei enzimi limitanti della velocità per la fissazione della CO2 durante la fotosintesi nel cloroplasto e, allo scopo di potenziare tale processo, hanno concepito un vettore per l'espressione diretta di uno di questi enzimi. Grazie all'ingegneria genetica del cloroplasto e alla produzione di biometano, l'iniziativa SUNBIOPATH contribuirà all'offerta di nuove soluzioni finalizzate alla valorizzazione della biomassa algale. Lo sviluppo dei biocarburanti microalgali consentirà inoltre di ridurre la dipendenza dai combustibili fossili, nonché di contenere le emissioni dei gas a effetto serra.
