Produzione Microbica di Naringenina: Un Approccio Sostenibile

I flavonoidi sono un tipo di composto naturale che proviene dalle piante. Li trovi in tanti frutti, verdure e altri alimenti vegetali. Ci sono più di 9.000 tipi diversi di flavonoidi, tra cui flavoni, flavanoli, isoflavoni, antociani e calconi. Questi composti sono noti per i loro potenziali benefici per la salute. Possono aiutare a proteggere il corpo da cancer, infiammazioni e virus, e potrebbero anche avere effetti positivi sul cervello e sul cuore.

Un flavonoide importante si chiama naringenina. La naringenina è un elemento chiave nel processo che produce flavonoidi nelle piante. Funziona come un mattone da cui sono fatti altri flavonoidi. Studi recenti suggeriscono che la naringenina potrebbe aiutare nel trattamento del COVID-19, catturando l'attenzione dei ricercatori.

#Produzione Tradizionale di Flavonoidi

Tradizionalmente, i flavonoidi e i composti correlati sono stati ottenuti estraendoli dalle piante. Questo metodo può essere complicato e spesso richiede molto lavoro per separare e purificare i composti. Purtroppo, questo approccio non è il più economico per ottenere flavonoidi e può essere insostenibile. Il rendimento, o la quantità di prodotto utilizzabile, è anche basso quando si fa affidamento sulla natura.

Per risolvere questi problemi, gli scienziati hanno iniziato a cercare modi per produrre naringenina usando microbi, che sono organismi viventi microscopici come i batteri. Questo metodo è più efficiente e può produrre quantità maggiori di flavonoidi.

#Utilizzo di Microbi per la Produzione di Naringenina

Microbi comuni come Escherichia coli, Corynebacterium glutamicum e Saccharomyces cerevisiae sono stati utilizzati per produrre flavonoidi. Questi microbi possono convertire composti semplici in naringenina. Per esempio, i ricercatori hanno modificato geneticamente E. coli per produrre naringenina da glucosio e glicerolo, aggiungendo geni responsabili della produzione di naringenina da fonti vegetali. Altri studi hanno utilizzato C. glutamicum con risultati simili.

Anche se questi metodi hanno mostrato potenzialità, ci sono ancora sfide da affrontare, specialmente riguardo alla disponibilità di un composto chiave chiamato Malonil-CoA, fondamentale per la produzione di flavonoidi.

#Sfide con il Malonil-CoA

Il malonil-CoA è essenziale per la sintesi della naringenina. Alcune ricerche si sono concentrate sull'utilizzo di microrganismi che possono produrre più lipidi (grassi) perché questi organismi possono produrre anche maggiori quantità di malonil-CoA. Un fungo particolare, Mucor circinelloides, è stato ingegnerizzato per produrre naringenina, anche se la quantità prodotta era ancora bassa.

Un altro punto importante è che il cumarato, l'ingrediente principale necessario per fare naringenina, si trova in una sostanza chiamata Lignina pretrattata alcalinamente. La lignina è un componente principale delle pareti cellulari delle piante ed è spesso sprecata nel processo di produzione della carta. Questo scarto potrebbe essere riutilizzato come fonte per produrre naringenina.

#Acinetobacter baylyi come Ospite Microbico

Acinetobacter baylyi ADP1 è un tipo di batterio che viene studiato come potenziale candidato per convertire i composti della lignina in naringenina. Ha la capacità di assorbire e utilizzare composti aromatici come il cumarato. Inoltre, questo batterio può tollerare alti livelli di composti legati alla lignina.

I ricercatori hanno anche dimostrato che A. baylyi ADP1 può produrre grandi quantità di alcuni tipi di lipidi, i quali possono fornire il malonil-CoA necessario per produrre naringenina. Inoltre, questo batterio è facile da manipolare geneticamente, rendendolo un ospite favorevole per questi processi di produzione.

#Lo Studio della Produzione di Naringenina in A. baylyi ADP1

In questo studio, i ricercatori miravano a produrre naringenina in A. baylyi ADP1. Hanno sfruttato la capacità del batterio di utilizzare il cumarato e creato un nuovo percorso per sintetizzare la naringenina. È stato implementato un processo di alimentazione batch per aumentare la produzione di naringenina, portando a un aumento significativo della quantità prodotta.

#Materiali e Metodi

I ricercatori hanno utilizzato diversi ceppi batterici per i loro esperimenti. Hanno mantenuto questi ceppi su mezzi di crescita speciali e utilizzato vari antibiotici per selezionare i batteri desiderati. A. baylyi ADP1 è stato usato per la produzione di naringenina.

Sono state apportate modifiche genetiche ai batteri per migliorare la loro capacità di produrre naringenina. I ricercatori hanno costruito template di DNA specifici per guidare le modifiche in A. baylyi ADP1.

Per testare la produzione di naringenina su scala più piccola, il team ha prima coltivato i batteri modificati in piccoli tubi e poi li ha trasferiti in flaconi più grandi. Hanno monitorato la crescita dei batteri e la produzione di naringenina nel tempo.

Per la produzione su scala più grande, hanno utilizzato un bioreattore, un ambiente controllato che consente una migliore gestione delle condizioni di crescita. I ricercatori hanno regolato il pH e le concentrazioni dei substrati per ottimizzare l'output di naringenina.

#Risultati e Discussione

I risultati hanno mostrato che A. baylyi ADP1 poteva produrre efficacemente naringenina dal cumarato. I ricercatori hanno inizialmente testato quanto naringenina potesse essere prodotta in un'installazione su piccola scala. Hanno scoperto che la produzione di naringenina variava in base alla combinazione di geni utilizzati nel percorso di produzione.

La massima produzione di naringenina è stata raggiunta con combinazioni specifiche di geni, portando a rese migliori rispetto ai ceppi precedenti. Quando riportati alle condizioni del bioreattore, la quantità di naringenina prodotta è aumentata significativamente.

Inoltre, i ricercatori hanno notato che la concentrazione di cumarato utilizzata potrebbe influenzare la produzione di naringenina. Quando il cumarato era presente in eccesso, poteva ostacolare la produzione complessiva. Pertanto, hanno trovato un equilibrio nella concentrazione di cumarato che ottimizzava le rese.

In aggiunta, hanno testato l'impatto del malonato, un altro componente chiave nella produzione di naringenina. Inibendo i percorsi che avrebbero scomposto il malonato, miravano a aumentare la quantità di malonil-CoA nei batteri. Tuttavia, i risultati non erano come previsto, e sono necessarie ulteriori indagini per capire come aumentare al meglio le scorte di malonil-CoA.

Lo studio ha anche evidenziato che il pH dell'ambiente di crescita gioca un ruolo significativo nell'attività degli enzimi coinvolti nella produzione di naringenina. I ricercatori hanno riscontrato che mantenere il pH all'interno di un certo intervallo portava a tassi di produzione migliori.

Alla fine, i migliori risultati sono stati ottenuti utilizzando una combinazione specifica di geni derivati dalle piante mentre si controllavano le condizioni di crescita nel bioreattore. I ricercatori hanno prodotto con successo un totale di 66 mg/L di naringenina, dimostrando il potenziale di A. baylyi ADP1 come ospite efficace per produrre questo prezioso composto.

#Conclusione

Questa ricerca dimostra la capacità di A. baylyi ADP1 di produrre naringenina dal cumarato. Gli approcci adottati per modificare i batteri e controllare le condizioni di crescita mostrano promesse per la futura produzione di flavonoidi. I risultati evidenziano il potenziale di utilizzare materiali di scarto come la lignina e la necessità di ulteriori ricerche per ottimizzare i metodi di produzione.

I risultati dello studio presentano A. baylyi ADP1 come un forte candidato per produrre non solo naringenina, ma potenzialmente altri composti di valore derivati dalla lignina. Man mano che i ricercatori continuano ad affrontare le sfide relative all'efficienza degli enzimi e ai percorsi metabolici, le prospettive delle biorefinery basate sulla lignina potrebbero portare a fonti di prodotti naturali più sostenibili.