Il Lievito Felice alla Luce Potrebbe Cambiare il Nostro Approccio ai Biocarburanti

La Luce è Vita

Quasi tutta l’energia nella civiltà umana deriva in ultima analisi dal sole. Cibo, biomassa e legno crescono grazie alla luce solare. E carbone, gas e petrolio sono costituiti da piante morte di milioni di anni fa. Anche i venti sono il risultato del riscaldamento dell’atmosfera da parte del sole. E, naturalmente, oggi abbiamo i pannelli solari. Considerando quanto delle nostre necessità energetiche sia coperto da organismi viventi che sfruttano il potere del sole, il concetto di biocarburanti ha senso.

Il problema è che i biocarburanti di prima e seconda generazione, che utilizzano colture come mais e canna da zucchero o residui agricoli, tendono a avere un rendimento energetico piuttosto scarso a causa della grande quantità di combustibili fossili e fertilizzanti impiegati per coltivare queste piante.

Fonte: Unsplash

I biocarburanti di terza generazione cercano di utilizzare le alghe, qualcosa di cui abbiamo discusso più in dettaglio nel nostro articolo “Algal Biofuel: The Next Energy Revolution?”.

Ma se potessimo far sì che qualsiasi organismo fosse in grado di eseguire la fotosintesi? Ciò che finora è stato un sogno irrealizzabile è stato parzialmente raggiunto dai ricercatori della Georgia Tech.

Lievito Alimentato dalla Luce

Il lievito è forse il microrganismo più studiato al mondo. Gli esseri umani hanno sfruttato le capacità biochimiche del lievito per produrre pane, alcol e prodotti lattiero-fermentati sin dall’alba della civiltà.

I lieviti sono anche uno dei modelli di organismo più comuni nei laboratori di biologia. E importanti bio‑fabbriche per numerosi medicinali e biomolecole utili.

Tuttavia, i lieviti hanno bisogno di essere nutriti con zucchero o altri composti per sopravvivere. Almeno, questo era vero finché Anthony Burnetti, uno scienziato ricercatore che lavora nel laboratorio del professore associato William Ratcliff, è riuscito a far sì che il lievito potesse raccogliere l’energia della luce.

“Tutto quello che dovevamo fare era spostare un singolo gene, e sono cresciuti del 2 % più velocemente alla luce rispetto al buio. Senza alcuna messa a punto o manipolazione accurata, ha semplicemente funzionato.”

Tipo Completamente Nuovo di Lieviti

Il team ha esperienza nella modifica del lievito, un organismo comune e onnipresente con potenziale nuovo e inatteso. In particolare, in passato sono riusciti a trasformare il lievito unicellulare in un organismo multicellulare complesso nell’\”Multicellularity Long-Term Evolution Experiment\”.

Fonte: Georgia Tech

Un limite alla crescita di questi organismi di lievito multicellulare era l’accesso all’ossigeno nei “tessuti” interni. Per questo motivo hanno deciso di rendere il lievito un organismo fotosintetico.

Per farlo, hanno aggiunto una proteina, la rodopsina, ai lieviti. Questa proteina è nota per effettuare una certa fotosintesi senza le complesse proteine e biomolecole delle piante superiori (come la clorofilla).

Bastando aggiungere un gene che codifica per una proteina rodopsina, il lievito è stato in grado di catturare la luce e crescere più rapidamente. L’incremento è stato modesto, solo un +2 % di tasso di crescita, ma significativo per il semplice cambiamento. E questa crescita aumentata non è ancora stata ottimizzata.

Biocarburante con Biologia Sintetica

Finora, la ricerca sui biocarburanti ha cercato di modificare piante già fotosintetiche (mais, canna da zucchero o alghe) e rendere il processo sufficientemente efficiente da avere senso economico.

Ma questo ha incontrato diversi ostacoli, poiché i biomateriali delle piante superiori e delle colture come il mais non sono facilmente disponibili, e trasformarli in etanolo comporta molte perdite di energia. Nel frattempo, le alghe sono più promettenti, ma coltivarle senza contaminazioni è tutt’altro che un compito semplice.

Al contrario, la coltivazione del lievito è un processo ben compreso, eseguito regolarmente in enormi impianti industriali. Trasformare il lievito in un sostituto delle alghe potrebbe aprire la strada a nuovi metodi per sintetizzare biocarburanti. Invece di fare affidamento su processi complessi per coltivare le alghe, potremmo ingegnerizzare lieviti o batteri in modo che crescano solo dalla luce solare e beneficiare del fatto che questi organismi sono molto più facili da coltivare in quantità industriali.

Scorte di Carburante Ingegnerizzate

Nel complesso, questo è ancora un segmento molto giovane e promettente della ricerca sui biocarburanti e della bioingegneria. Pertanto, le aziende più propense a cercare di renderlo realtà dovranno possedere elevati livelli di competenza in biologia sintetica e/o nella produzione di biocarburanti.

L’elenco qui sotto è solo un suggerimento delle aziende che potrebbero vedere potenziale nella scoperta dei ricercatori della Georgia Tech.

1. Reliance Industry

Reliance Industry è un enorme conglomerato indiano, la più grande azienda privata del paese, attiva nelle telecomunicazioni, nei tessuti e nell’energia. Nel 2022, è stata la prima azienda indiana a raggiungere 100 miliardi di dollari di fatturato.

Reliance ha annunciato nel 2022 il suo ingresso nel mercato dei biocarburanti algali, vantandosi di “uno dei più grandi sistemi di coltivazione di alghe al mondo”. Fino ad ora, il suo portafoglio energetico era per lo più costituito da raffinerie e impianti petrolchimici. Con questo progetto algale, potrebbe avviare la produzione e utilizzare l’abbondante sole in India (nonché i deserti non coltivati) per ridurre l’estrema dipendenza del paese dalle importazioni di combustibili fossili esteri.

L’azienda è anche attiva nella produzione di biogas da rifiuti agricoli, rendendola il più grande produttore di bioenergia in India.

2. Ginkgo Bioworks

L’azienda produce organismi su richiesta per applicazioni specifiche. Questo include applicazioni biomediche, ma anche numerosi programmi industriali e di scienze dei materiali.

Ginkgo è esattamente il tipo di azienda a cui grandi conglomerati industriali come Reliance potrebbero rivolgersi per ingegnerizzare un lievito personalizzato dedicato alla produzione di biocarburanti.

Ginkgo Bioworks (DNA ) ha diversificato le sue applicazioni in modo ampio con numerosi programmi di ricerca e partnership:

• Cannabinoidi
• produzione di vaccini mRNA e medicina a base di acidi nucleici
• Proteine alimentari
• Produzione di fertilizzanti biologici in partnership con Bayer
• Microbi programmabili per malattie intestinali
• Biorisanamento delle microplastiche
• Biosecurity e rilevamento di patogeni
• Riciclaggio di rifiuti e contaminanti

Guadagna ricevendo prima un pagamento anticipato per il processo di sviluppo e poi tramite royalties sul prodotto finito.

Il 2023 è stato un anno abbondante per Ginkgo, con decine di partnership, tra cui:

• $331 M di accordi con Pfizer.
• $490 M di accordo con Merck per ottimizzare la produzione di biologici.
• $406 M di accordo con Boehringer Ingelheim per bersagli non farmacabili.
• Collaborazione con Biogen e Novo Nordisk per importi non divulgati.

Fonte: Gingko Bioworks

Ginkgo Bioworks collabora anche con tutte le principali corporation agricole, la maggior parte delle quali ha qualche interesse nella produzione di biocarburanti e nella microbiologia. Alcune di queste includono Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta e altre.