Biotecnologie Industriali

Enzimi e microrganismi “alieni”

E’ di poco tempo fa la notizia della “fabbricazione” in laboratorio di un microrganismo capace di vivere senza bisogno dell’elemento fosforo, essenziale per la vita di tutti i microrganismi sulla terra, sostituendolo con l’elemento arsenico generalmente tossico per molte forme di vite terrestri. In verità, come ho scritto all’inizio, questo microrganismo non è extraterrestre ma è stato costruito grazie all’ingegneria genetica partendo però da un microrganismo terrestre, isolato da un lago, con elevate capacità di resistenza all’arsenico. Il fatto che esistano naturalmente sulla terra microrganismi capaci, anche parzialmente, di resistere all’arsenico non deve sorprendere i lettori, infatti sulla terra esiste una grande quantità di microrganismi capaci di resistere alle condizioni più estreme. Questi microrganismi sono stati molto studiati dagli scienziati e vengo definiti “Estremofili”.

I microrganismi estremofili

Termofili, ritrovati presso fonti di acqua calda,  capaci di resistere e proliferare anche a temperature superiori a 85 °C.

- Psicrofili, ritrovati ai poli artici e capaci di resistere a temperature bassissime.

- Acidofili, Alcalofili, Alofili, rispettivamente microrganismi capaci di resistere a condizioni molte acide, molto basiche ed ad alte salinità. Questi ultimi si possono ritrovare presso le numerose saline diffuse nel mondo.

-Metallofili, microrganismi capaci di resistere in presenza di metalli, sono stati rilevati in ambienti particolarmente inquinati da metalli pesanti.

- Radiofili, microrganismi capaci di resistere ad alte radizioni. Va ricordato che l’uranio è un elemento terrestre di origine naturale e l’evoluzione ha permesso la nascita di organismi capaci di resistere anche in queste condizioni estreme.

microrganismi alofili

Fotografia delle saline della Camargue (Francia). Il colore rosa è dato da microrganismi alofili (in grado di tollerare alte concetrazioni di sale)

In ultimo,  anche se non si possono definire degli estremofili,  esiste una elevata quantità di microrganismi –  molto differenti tra di loro – chiamati anaerobi stretti cioè in grado di resistere in assenza totale di ossigeno, anzi per loro l’ossigeno è tossico!!!

Una domanda  nasce spontanea, come è possibile che l’evoluzione e la natura abbiano prodotto questi microrganismi capaci di resistere in condizioni così estreme?

La risposta è che la vita sulla terra non è sempre stata così come la conosciamo adesso, anzi per la maggior parte del tempo le condizioni ambientali terrestri erano veramente “aliene” e i primi organismi a colonizzare questo ambiente sono stati proprio gli estremofili. Successivamente, quando le condizioni sulla terra sono cambiate, questi microrganismi sono resistiti in alcune nicchie ambientali quali saline, geyser, pozze acide ecc…

Perché dovremmo studiare i microrganismi esremofili e sprecare preziose risose pubbliche quando si potrebbe investire in attività di ricerca più utili?

La risposta è che gli enzimi prodotti da questi microrganismi hanno già rivoluzionato interi settori industriali, tra i primi quello delle biotecnologie. Grazie  ad un enzima chiamato Taq-polimerasi è possibile replicare il DNA in laboratorio attraverso un strumento chiamato PCR alla temperatura di 70-80 °C. Se non fosse stato scoperto questo enzima semplicemente le biotecnologie moderne non esisterebbero!!! Questi enzimi “estremi” sono però molto usati anche in applicazioni industriali, questo perché in questi processi sono utilizzate alte temperature o bassi/elevati pH, dove normalmente la maggior parte degli enzimi non resisterebbe (se si vuole approfondire l’utilizzo degli enzimi nell’industria rispetto alle metodologie chimiche leggere “laccasi: enzimi blu per una chimica verde ).

Sotto una tabella con le maggiori applicazioni già esistenti di enzimi e microrganismi estremofili.

TIPO MICRORGANISMO ENZIMA APPLICAZIONE
Iper – Termofilo DNA polimerasi Repplicazione DNA
Termofilo AMILASI Produzione di sciroppi di glucosio e fruttosio
Moderato Termofilo Xylanasi Decolorazione della carta
Termofilo Proteasi Fabbricazione Birra

 

Altri esempi:

Eznimi Psicrofili: Impiegati nella detergenza dei vestiti a basse temperature  (Basse temperature)

Enzimi Alcalofili (alti pH), Bio-sensori

Metallofilo (resistenza a metalli pesanti) Microrganismo intero, Bio estrazione di metalli da rocce

 

Riccardo Beretta

About Riccardo Beretta

Laureato presso l’università di Milano Bicocca in biotecnologie industriali nell’ottobre del 2007. Fino al 2013 ricercatore in azienda biotech nel campo della proteomica differenziale con spettrometria di massa, nei settori alimentare, veterinario e farmaceutico. Attualmentre responsabile della R&D in un'azienda biotech altamente innvovativa, nel settore della produzione di biogas e recupero-nutrienti. Scarica il Curriculum

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