Produzione biologica sostenibile a partire dai residui della birrificazione
Il team iGEM “Cozyme” utilizza l’optogenetica per trasformare i rifiuti della produzione della birra in jasmonati tramite il controllo della luce
La biologia sintetica è considerata la chiave per risolvere le sfide globali. Un team di studenti dell’Università Heinrich Heine di Düsseldorf (HHU) ha deciso di affrontare questa sfida e partecipa nuovamente al concorso iGEM; è l’undicesima volta che una squadra dell’HHU prende parte alla competizione. iGEM (International Genetically Engineered Machine) è considerata in tutto il mondo la piattaforma più importante per i giovani ricercatori, che possono sviluppare sistemi biologici innovativi e ridefinire i limiti del possibile. Quest’anno il team si presenta con «Cozyme»: il progetto di biomanufacturing mira ad affrontare le sfide locali e a rendere queste soluzioni scalabili a livello globale.
L’Altbier è più di una semplice birra, è un pezzo di Düsseldorf. Tuttavia, ogni volta che si produce birra si genera un sottoprodotto spesso trascurato: il cosiddetto «semi-sfermentato» (in inglese «Brewer’s Spent Grain»). È proprio qui che entra in gioco il team iGEM di quest’anno dell’HHU con il suo progetto «Cozyme».
L’obiettivo è quello di produrre prodotti bio-basati di alta qualità a partire da scarti di birrificazione finora poco utilizzati – in modo sostenibile, modulare e rispettoso delle risorse. Al centro dell’attenzione del team iGEM dell’HHU ci sono, tra l’altro, i cosiddetti jasmonati. Si tratta di fitormoni – sostanze di segnalazione vegetali – utilizzati in agricoltura come fertilizzanti biologici e come agenti per rafforzare le piante. Con il loro aiuto è possibile, ad esempio, coltivare in modo più efficiente cereali più abbondanti e più sani, tra cui l’orzo.
«In definitiva, in questo modo si garantisce la base di materie prime per la birra, il che a sua volta ci permette di utilizzare una maggiore quantità di trebbie di birra come materia prima per la produzione di nuovi jasmonati: un perfetto ciclo biologico», spiega Ole Nielsen, uno dei leader studenteschi del team iGEM dell’HHU.
Il team iGEM si concentra su una bioproduzione continua, in cui i microrganismi producono sostanze in modo costante, anziché in singoli lotti. Sta sviluppando un sistema modulare che, grazie a un principio a incastro, può essere adattato in modo flessibile per decomporre diversi residui biologici e trasformarli in nuovi prodotti. Il nucleo innovativo del progetto risiede nella cosiddetta optogenetica: diversi processi biologici possono essere controllati tramite la luce.
«Questa tecnologia rappresenta un’alternativa rivoluzionaria alle colture miste auxotrofiche già consolidate», spiega Lina Bollmann. Con il termine «auxotrofo» si indicano i microrganismi che dipendono dall’apporto di determinati nutrienti presenti nell’ambiente circostante, poiché non sono in grado di sintetizzarli autonomamente. Lo svantaggio, tuttavia, è che nella pratica le colture auxotrofiche classiche presentano spesso un basso tasso di crescita e una resa ridotta del prodotto. Inoltre, è difficile mantenere l’equilibrio in tali co-colture.
Nell’optogenetica, il rapporto tra le popolazioni viene controllato con precisione tramite le lunghezze d’onda della luce. Con l’ausilio di due sorgenti luminose, il team può intervenire in modo mirato: determinate lunghezze d’onda consentono di regolare o inibire la crescita di singoli ceppi, al fine di bilanciare perfettamente le dinamiche della popolazione. Inoltre, il controllo della luce consente di separare temporalmente i processi: in una prima fase viene decomposta la cellulosa dai residui della birrificazione, prima che, in una seconda fase, la produzione della sostanza desiderata venga portata al massimo sulla base dei prodotti di trasformazione.
«La particolarità del nostro sistema è che non sarà applicabile solo ai jasmonati, ma, grazie alla sua struttura modulare, consentirà di produrre anche altre sostanze. In una prima fase abbiamo optato per la produzione di jasmonati perché hanno un legame diretto con il settore della birra, sono ben studiati e allo stesso tempo ci offrono l’opportunità di dimostrare il carattere modulare del nostro sistema», spiega Aniela Jakimowicz, membro del team.
Team Cozyme: il team di quest’anno è composto da 15 membri motivati provenienti da diversi corsi di laurea e semestri: sette studenti del corso di laurea triennale in Biologia Quantitativa, una studentessa di Biochimica e sette studenti del corso di laurea magistrale in Biologia. Il team è supportato da diversi advisor – membri esperti di precedenti team iGEM dell’HHU. Inoltre, per le questioni tecniche, il team è seguito dai Principal Investigators (PI) Prof. Dr. Guido Grossmann dell’Istituto di Biologia Cellulare e delle Interazioni e dal Dr. Stefan Robertz.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Altre notizie dal dipartimento scienza
