Cianobatteri produttori di seta: la nuova era della bio-industria

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I cianobatteri e le mille vie della seta

La versatilità della seta prodotta da artropodi è pressocchè illimitata. In paricolare, quella prodotta dai ragni ha la capacità di essere ultra leggera e al contempo resistente come acciaio. La seta di ragno ha un grande potenziale manifatturiero, attraverso il quale può essere lavorata per la produzione di molti materiali. Essi possono variare da parti di automobili, vestiti e addirittura componenti aereospaziali. Choon Pin Foong, autore di questa ricerca, afferma inoltre che dalla seta di ragno possono essere prodotti materiali biocompatibili nel campo medico, come sistemi di ingegneria tissutale e impianti biomedici come le protesi. Data la poca produzione da parte di un singolo ragno e la difficoltà nel farne accoppiare molti in un allevamento specifico, la ricerca si è spostata verso la produzione di seta artificiale. Vediamo ora qual è stato il ruolo dei cianobatteri per questo progetto.

La manipolazione dei cianobatteri

Il team guidato da Choon Pin Foong del CSRS, Giappone, ha focalizzato il proprio studio sul Rhodovulum sulfidophilum, un batterio fotosintetico marino. Secondo il team può essere un candidato ideale per la bio-industria e bio-produzione, in quanto appunto il batterio cresce in acqua salata e necessita per sostentarsi di luce, anidride carbonica e azoto, risorse inesauribili dell’ambiente marino. L’organismo può quindi essere coltivato per una produzione di massa.

Risultato

Il team ha manipolato geneticamente il Rhodovulum sulfidophilum integrando nel suo genoma il gene esprimente la proteina MaSp1. Essa è composta da sequenze amminoacidiche ripetute ed è la componente principale della dragline, la seta più resistente prodotta in natura dal ragno Nephila clavipes. Nella costruzione dei fili di seta viene accompagnata da un altra componente, la MaSp2, strutturalmente simile ma diversa nella sequenza di amminoacidi.

Figura 1 – a R. sulfidophilum ricombinato ospitante il vettore pBBR1MCS-2, che contine il dominio ripetitivo della MaSp1, sviluppato per la produzione di seta dragline b La cassette genica contenente il promotore trc (Ptrc) e il gene MaSp1-(1-mer, 2-mer, 3-mer, and 6-mer) inserita nel pBBR1MCS-2, nel terminale-N di MaSp1 (quadrati rosa) è stato inserito un tag di istidina. Immagine completa

Il team di ricerca ha ottimizzato la sequenza genica inserita nei cianobatteri permettendo loro di produrre quantità massimali di fibre di seta. Per velocizzare ed aumentare la crescita della popolazione batterica il gruppo ha applicato semplici componenti alla coltura, come ad esempio acqua salata, bicarbonato, azoto gassoso ed estratto di lieviti, oltre che irradiazioni ad infrarossi. In tal modo Rhodovulum sulfidophilum poteva crescere numericamente in modo esponenziale producendo grandi quantità di proteina. L’ammontare di MaSp1 prodotta ha dato vita a fibre di seta molto simili a quelle generate naturalmente dal ragno.

Una sguardo verso il futuro

Uno dei memebri del team,  Keiji Numata, ha dichiarato “Il nostro studio attuale dimostra la capacità dei batteri fotosintetici nel generare seta di ragno. Il nostro obbiettivo corrente è quello di massimizzare la produzione della seta di ragno dragline, che abbia però un peso molecolare più alto nel nostro sistema fotosintetico. La fabbrica di microbi fotosintetici produce materiale biodegradabile tramite bio-processo senza emissioni al carbonio, ciò ci aiuterà a raggiungere alcuni obbiettivi previsti dalle Nazioni Unite per lo sviluppo eco-sostenibile.

Bibliografia

  1. RIKEN. “Spider silk made by photosynthetic bacteria.” ScienceDaily. ScienceDaily, 8 July 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200708105955.htm
  2. Choon Pin Foong, Mieko Higuchi-Takeuchi, Ali D. Malay, Nur Alia Oktaviani, Chonprakun Thagun, Keiji Numata. A marine photosynthetic microbial cell factory as a platform for spider silk productionCommunications Biology, 2020; 3 (1) DOI: 10.1038/s42003-020-1099-6

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