La rivoluzione dai batteri: sarà possibile trasformali per assorbire anidride carbonica
I ricercatori del Max-Planck-Institute hanno compiuto un passo significativo verso la fissazione sintetica del biossido di carbonio (CO2) in cellule viventi. Scoperta di grande interesse per applicazioni biotecnologiche, inclusa la produzione di biocarburanti, biomateriali e farmaceutici
In una svolta scientifica che promette di rivoluzionare la biologia sintetica e l’approccio alla crisi climatica, i ricercatori del Max-Planck-Institute for Terrestrial Microbiology hanno compiuto un passo significativo verso la fissazione sintetica del biossido di carbonio (CO2) in cellule viventi. Attraverso la creazione di un innovativo ciclo biochimico sintetico, noto come “ciclo THETA”, sono riusciti a convertire direttamente la CO2 nel metabolita centrale Acetil-CoA.
Il risultato rappresenta un traguardo importante verso la realizzazione di percorsi di fissazione della CO2 sintetica all’interno delle cellule viventi. Lo studio è stato pubblicato su Nature Catalysis. Attraverso la creazione di un innovativo ciclo biochimico sintetico, noto come “ciclo THETA”, sono riusciti a convertire direttamente la CO2 nel metabolita centrale Acetil-CoA. Il risultato rappresenta un traguardo importante verso la realizzazione di percorsi di fissazione della CO2 sintetica all’interno del contesto delle cellule viventi. Il ciclo THETA, diviso in tre moduli, è stato implementato con successo nel batterio E.coli. Questa realizzazione apre nuove strade per la cattura e la conversione della CO2, cruciali per affrontare l’emergenza climatica.
La biologia sintetica offre opportunità senza precedenti per progettare percorsi di fissazione della CO2 completamente nuovi e più efficienti di quelli sviluppati dalla natura. Il ciclo implica l’uso di 17 biocatalizzatori e si basa sui due enzimi di fissazione della CO2 più rapidi conosciuti: la crotonil-CoA carbossilasi/riduttasi e la fosfoenolpiruvato carbossilasi, entrambi scoperti nei batteri. Questi biocatalizzatori superano di oltre 10 volte l’efficienza di RubisCO, l’enzima di fissazione della CO2 presente nei cloroplasti.
Il ciclo THETA converte due molecole di CO2 in un Acetil-CoA per ciclo. Quest’ultimo, essendo un metabolita centrale in quasi tutti i metabolismi cellulari e un blocco costruttivo per un’ampia gamma di biomolecole vitali, si rivela di grande interesse per applicazioni biotecnologiche, inclusa la produzione di biocarburanti, biomateriali e farmaceutici. I ricercatori hanno confermato la funzionalità del ciclo in provetta e, attraverso l’ottimizzazione razionale e guidata dall’apprendimento automatico, sono riusciti a migliorare la resa di Acetil-CoA di un fattore 100. La divisione del ciclo THETA in tre moduli e la loro implementazione in E. coli hanno segnato un passo importante per testarne la fattibilità in vivo. La funzionalità di questi moduli è stata verificata mediante selezione accoppiata alla crescita e/o etichettatura isotopica.
Shanshan Luo, autore principale dello studio, sottolinea l’importanza di questo ciclo, che contiene intermedi metabolici centrali nel metabolismo del batterio, offrendo così l’opportunità di sviluppare un approccio modulare per la sua implementazione. «Abbiamo dimostrato la funzionalità dei tre moduli individuali in E. coli. Tuttavia, non siamo ancora riusciti a chiudere completamente il ciclo affinchè E. coli possa crescere esclusivamente con CO2», aggiunge Luo. La chiusura completa del ciclo THETA rimane una sfida maggiore, poiché tutte le 17 reazioni devono essere sincronizzate con il metabolismo naturale di E. coli. Tobias Erb, che guida il gruppo di ricerca, sottolinea l’importanza di questa realizzazione per la biologia sintetica, indicando che l’implementazione modulare di questo ciclo in E. coli apre la strada alla realizzazione di percorsi di fissazione della CO2 completamente nuovi e complessi in fabbriche cellulari. «Stiamo imparando – ha detto – a riprogrammare completamente il metabolismo cellulare per creare un sistema operativo autotrofico sintetico per la cellula».
Fonte : https://www.lastampa.it/scienza/2024/01/02/news/rivoluzione_dai_batteri_trasformali_per_assorbire_anidride_carbonica-13968740/
