Gli enzimi naturali all’opera nell’industria
Le tecniche di biorisanamento sono state utilizzate efficacemente per rimediare alle fuoriuscite di petrolio, solventi clorurati e pesticidi, tuttavia in molti casi i composti sono recalcitranti, cioè resistenti alla degradazione. L’uso del materiale genetico del progetto METAEXPLORE (“Metagenomics for bioexploration - Tools and application”), finanziato dall’UE, ha permesso di sviluppare una vasta gamma di enzimi dalle caratteristiche migliorate. In particolare, i ricercatori hanno concentrato la loro attenzione su molecole naturalmente recalcitranti come la chitina and lignina. Tra i materiali di origine artificiale vi sono composti alogenati, organici e xenobiotici estranei ai sistemi biologici, come ad esempio gli erbicidi. Dopo lo screening preliminare di un gran numero di habitat terrestri e acquatici condotto con strumenti sviluppati appositamente, il team ha clonato e sequenziato gli enzimi più promettenti di ambienti selezionati, ottenendo in tutto nove librerie metagenomiche. Il team inoltre, ha sviluppato la piattaforma software MetaSAMS, dotata di routine di ricerca, mappatura genomica e strumenti per l’analisi comparativa dei dati di metagenomica. Tutti i database contengono geni funzionali e operoni necessari per offrire le risorse genetiche utili per le esplorazioni future. Originate da richieste industriali, queste raccolte sono state esaminate per individuare enzimi migliorati, comprese nuove chitinasi, laccasi/ligninasi e dealogenasi aerobiche e anaerobiche. Un altro target era costituito dalla famiglia di enzimi per il trasferimento beta-amminico che contribuisce alla produzione di un’ampia gamma di sostanze farmaceutiche. Gran parte della codifica delle sequenze genetiche degli enzimi è custodita nell’elemento genetico mobile dei microbi, il mobiloma. Dopo la caratterizzazione della struttura, della funzione e dell’espressione in ospitanti idonei, i ricercatori hanno ampliato le loro attività sugli enzimi più appropriati, utilizzabili nell’industria, avvalendosi dell’evoluzione diretta. I risultati del progetto METAEXPLORE sono destinati ad avere un impatto importante sulla sostenibilità e sugli obiettivi ambientali dell’UE. Il fabbisogno di energia e di sostanze chimiche del futuro rende necessario individuare materie prime alternative e i materiali di scarto recalcitranti come la lignina e la chitina contengono vari elementi costitutivi utilizzabili per la produzione chimica. Lo smaltimento dei rifiuti è costoso e crea numerose problematiche per l’ambiente e la sanità pubblica. Il biorisanamento non aiuta solo a ripristinare l’ambiente in modo naturale, ma costituisce anche un processo a bassa energia per la decontaminazione dell’acqua e del suolo. La disponibilità di nuovi biocatalizzatori rappresenta un pilastro importante della sostenibilità, a fronte delle innumerevoli reazioni industriali basate sulla catalisi.
Parole chiave
Enzima, degradazione, recalcitrante, metagenomica, bioesplorazione