Yarrowia lipolytica: un lievito ingegnerizzato per la produzione di plastica e nutrienti da rifiuti organici

Una nuova ricerca per convertire urina e anidride carbonica in materiale di stampa 3D

I ricercatori dell’Università di Clemson stanno sviluppando una tecnica per trasformare i rifiuti umani in filamenti di stampa 3D riciclati. I vantaggi di questa operazione sono notevoli: utilizzando gli scarti e trasformandoli in una sostanza stampabile in 3D, gli astronauti potrebbero avviare direttamente su un altro pianeta o sulla piattaforma spaziale la produzione di ciò che gli occorre, senza dover necessariamente portare grandi quantità di materiali con loro, risparmiando così spazio vitale sul veicolo e costi del carburante.

Quindi, secondo questa nuova ricerca condotta dal gruppo di Mark Blenner, dopo una miscelazione con speciali microrganismi, sia l’urina che l’anidride carbonica esalata potrebbero essere usate per realizzare materiale stampabile per progetti di viaggio spaziale.

Blenner e il suo team hanno sviluppato un sistema biologico basato sul lievito Yarrowia lipolytica (Fig.1) . Quest’ultimo richiede azoto e carbonio per crescere e potrebbe quindi essere “alimentato” con i rifiuti organici degli astronauti.

Fig.1: A sinistra colonie di Yarrowia lipolytica che formano degli aggregati. A destra una visione microscopica delle tipiche colonie ondulate di Yarrowia lipolytica.

La miscela prodotta può essere trasformata in polimeri con varie proprietà meccaniche, per i pezzi di ricambio e nuovi strumenti che possono occorrere in una missione a lunga distanza.

Inoltre è possibile creare non solo polimeri per la stampa 3D poichè il lievito può anche essere usato per produrre sostanze nutritive come gli acidi grassi omega-3, essenziali per la salute del cuore, degli occhi e del cervello.

Yarrowia lipolytica è un lievito molto utilizzato nella microbiologia industriale, specialmente per la produzione di lipidi speciali. Attualmente è ampiamente studiato in ingegneria genetica per la produzione di combustibili ad alta energia, rinnovabili ed economicamente sostenibili, come il biodiesel, .

Questo lievito si alimenta anche di urea, un composto presente nell’urina. L’urina degli astronauti è già stata raccolta nella Stazione Spaziale Internazionale, dove viene filtrata e trasformata in acqua potabile. Le parti inutilizzate, come l’urea, potrebbero essere utilizzate come alimentazione per il lievito.

In condizioni normali, il lievito produce acidi grassi, ma non quelli essenziali per l’uomo. Utilizzando gli strumenti di modifica del gene, incluso CRISPR-Cas 9 per la rimozione e sostituzione di materiale genetico, sono stati aggiunti quattro geni al lievito per indurre la produzione acidi grassi omega-3. I ricercatori hanno inoltre eseguito ulteriori interventi di ingegneria genetica per aumentare il flusso di carbonio nella cellula al fine di promuovere l’accumulo di omega-3 e di bloccare le funzioni cellulari che spingono il lievito a consumare gli omega-3 che ha prodotto.

Oltre all’urea, il lievito ha bisogno di zucchero e carbonio per produrre l’omega-3. Ai fini di questo esperimento, Blenner e i suoi colleghi hanno scoperto che i batteri fotosintetizzanti, i cianobatteri, rappresentano degli ottimi elementi aggiuntivi. Questi batteri trasformano CO2 in energia per vivere e possono essere coltivati ​​in vasche, come le alghe.

Attualmente, sono state prodotte solo piccole quantità di polimeri stampabili in 3D o sostanze nutritive con il mix di rifiuti e lieviti, ma in seguito a ricerche più approfondite sarà possibile trasformare il progetto in un sistema ad alta produzione che potrà essere utilizzato sulla Terra e nello spazio.

I ricercatori hanno recentemente presentato i loro risultati alla riunione e all’esposizione nazionale della American Chemical Society. Il progetto è stato finanziato dal programma di sovvenzioni di ricerca spaziale della NASA.

 

Laura Oriunno

 

Fonti

http://microbialfoods.org/microbe-guide-yarrowia-lipolytica/

http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fenrg.2014.00021/full

http://www.stampa3dstore.com/filamento-creato-da-urina-di-astronauta-il-prossimo-grande-passo-per-la-stampa-3d-nello-spazio/

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