Biopolymer production from agro-industrial wastes: bacterial strains selection and genetic improvement.

Questo lavoro è inserito in un ampio programma di ricerca svolto presso il Dipartimento di Agronomia Animali Alimenti Risorse Naturali e Ambiente (DAFNAE), nell'ambito del progetto europeo ANIMPOL (Biotechnological conversion of carbon containing wastes for eco‐efficient production of high added value products). Lo scopo dell'intero progetto era di ottenere prodotti ad alto valore aggiunto utilizzando sottoprodotti agricoli a basso costoso, come fonte di carbonio. I grassi, sottoprodotti dell’industria della lavorazione della carne, sono stati utilizzati per la conversione in biopolimeri, come poilidrossialcanoati (PHA), da parte di microbi adeguatamente selezionati e /o ricombinanti. In particolare, l'obiettivo di questa ricerca è stato quello di cercare, selezionare e caratterizzare ceppi batterici in grado di utilizzare, come fonte di carbonio a basso costo, trigliceridi derivati da grassi animali, con l'obiettivo finale di produrre PHA. Per questo motivo, batteri lipolitici sono stati isolati da differenti nicchie ecologiche, come suolo o acque reflue di un macello. Diversi ceppi batterici hanno dimostrato notevoli attività lipolitiche ma non efficienti capacità di produrre PHA. Di conseguenza è stato avviato un programma di biologia molecolare per ottenere un ceppo microbico capace di idrolizzare i trigliceridi e di usarli per produrre elevati livelli di PHA. Delftia acidovorans DSM39, noto produttore di PHA con consistenti frazioni molari di 4-idrossibutirrato (4HB), è stato selezionato come ceppo ospite, anche se incapace di metabolizzare i lipidi. Pseudomonas stutzeri BT3, selezionato per la sua elevata attività lipolitica tra gli isolati microbici ottenuti, è stato designato come potenziale donatore di geni lipolitici. Le sequenze codificanti per i geni della lipasi lipC e lipH di P. stutzeri BT3 sono state co-espresse con successo in D. acidovorans DSM39. Il risultante ceppo ricombinante ha dimostrato promettenti attività enzimatiche extracellulari a partire da olio di mais. La produzione di PHA da olio di mais ha raggiunto livelli elevati (26 % del peso secco cellulare, con circa il 7% di 4HB). Sorprendentemente, il ceppo ricombinante ha prodotto valori nettamente superiori utilizzando direttamente, come fonte di carbonio, scarti di macello quali grasso di mammella bovina e lardo (43 e 39 %, rispettivamente, con quasi il 7 % di 4HB). Inoltre, questo lavoro ha dimostrato la capacità del ceppo ricombinante D. acidovorans DSM39 di produrre PHA con percentuale significativa di 4HB, senza l’impiego, nel liquido colturale, di specifici precursori. In base ai risultati preliminari finora conseguiti, questo studio rappresenta un primo passo verso lo sviluppo di microrganismi idonei alla conversione one-step di sottoprodotti lipidici in PHA con promettenti proprietà chimico-fisiche sfruttabili in numerose applicazioni mediche e industriali.