Trasformare il veleno in una fonte di energia
Un team di ricerca è riuscito a manipolare geneticamente il microrganismo T. kivui per metabolizzare il monossido di carbonio
I cambiamenti genetici possono avvenire naturalmente attraverso l'evoluzione o essere avviati con l'aiuto dell'ingegneria genetica. Il batterio Thermoanaerobacter kivui(T. kivui) è stato manipolato da un gruppo di ricerca guidato da Stefan Pflügl dell'Istituto di Ingegneria Chimica, Ambientale e delle Bioscienze della TU Wien in modo tale da poter metabolizzare il monossido di carbonio. Se utilizzato nei bioreattori, può contribuire a convertire il gas di sintesi, composto da monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO2) e idrogeno (H2), in prodotti di valore.
Stefan Pflügl e il suo team hanno recentemente riportato sulla rivista Nature Communications come T. kivui possa essere portata a utilizzare il CO come unica fonte di energia. Nella rivista Biotechnology for Biofuels and Bioproducts, l'équipe ha anche illustrato il proprio metodo per modificare geneticamente la T. kivui in dodici giorni, in modo che mostri le caratteristiche desiderate.
Abituarsi al monossido di carbonio
La T. kivui cresce ad alte temperature ed è in grado di produrre sostanze organiche da molecole semplici come l'anidride carbonica e l'idrogeno. Queste proprietà possono essere sfruttate per utilizzare il batterio in relazione agli impianti di gassificazione della biomassa, ad esempio per valorizzare il gas di sintesi prodotto da biomasse di scarto come residui agricoli o rifiuti di legno. Ad esempio, T. kivui può essere utilizzato per produrre in modo sostenibile acido acetico attraverso la fermentazione gassosa e, dopo opportune modifiche genetiche, etanolo o isopropanolo, materie prime utilizzate come biocarburanti o materie prime chimiche. Questa tecnologia può quindi essere utilizzata per creare un'economia circolare del carbonio basata su risorse rinnovabili.
Il monossido di carbonio è naturalmente tossico per molti microrganismi, tra cui T. kivui, e ne inibisce la crescita. "Tuttavia, siamo riusciti ad adattare lentamente il batterio al monossido di carbonio", riferisce Stefan Pflügl, "in seguito è stato persino in grado di utilizzare il monossido di carbonio come unica fonte di energia e carbonio". T. kivui ha acquisito questa capacità in modo naturale nel giro di poche generazioni.
Un'analisi del genoma ha rivelato ai ricercatori che un trasposone, cioè uno specifico segmento di DNA mobile, è responsabile delle nuove proprietà.
Accelerare l'evoluzione attraverso l'ingegneria genetica
Questa scoperta non solo fornisce una comprensione più approfondita del modo in cui i microrganismi si adattano al loro ambiente, ma mostra anche come i meccanismi evolutivi naturali possano essere utilizzati per scopi biotecnologici.
Molti batteri hanno un meccanismo di difesa naturale per riconoscere il DNA virale e renderlo innocuo. "Questo meccanismo, noto anche come forbice genetica CRISPR/Cas, può essere utilizzato per modificare in modo specifico il DNA. Con il nostro metodo, Hi-TARGET, è possibile rimuovere, modificare o aggiungere nuovi geni", spiega Stefan Pflügl. Il team di ricerca è riuscito a sviluppare un ceppo batterico con caratteristiche molto simili a quello che si è evoluto naturalmente. Il nuovo metodo non solo è significativamente più veloce dei metodi di ingegneria genetica tradizionali, ma i ricercatori hanno anche raggiunto un tasso di successo del 100%.
La manipolazione genetica mirata con Hi-TARGET apre una sorta di parco giochi per i ricercatori: Come cambiano le proprietà di T. kivui quando i geni contenuti nel trasposone vengono sovraespressi? E si può modificare T. kivui in modo che l'organismo possa produrre prodotti più esigenti da substrati comeCO2,H2 e CO, che forniscono poca energia? "Le conoscenze acquisite su T. kivui possono essere trasferite anche ad altri microrganismi che metabolizzano substrati gassosi", afferma Pflügl con uno sguardo al futuro.
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 Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Rémi Hocq, Josef Horvath, Maja Stumptner, Mykolas Malevičius, Gerhard G. Thallinger, Stefan Pflügl; "A megatransposon drives the adaptation of Thermoanaerobacter kivui to carbon monoxide"; Nature Communications, Volume 16, 2025-5-6
Angeliki Sitara, Rémi Hocq, Alexander Jiwei Lu, Stefan Pflügl; "Hi-TARGET: a fast, efficient and versatile CRISPR type I-B genome editing tool for the thermophilic acetogen Thermoanaerobacter kivui"; Biotechnology for Biofuels and Bioproducts, Volume 18, 2025-4-30
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