Vie metaboliche:
Le bioraffinerie microbiche utilizzano percorsi metabolici progettati per produrre prodotti specifici. L'espressione genica è strettamente regolata per garantire che questi percorsi siano attivi e producano i composti desiderati. I regolatori trascrizionali, come repressori e attivatori, controllano l'espressione dei geni coinvolti in questi percorsi. Manipolando i livelli di espressione degli enzimi chiave, il flusso metabolico può essere diretto verso la produzione dei prodotti target.
Utilizzo della fonte di carbonio:
La scelta della fonte di carbonio per la bioraffineria microbica può influenzare l’espressione genica. Diversi microrganismi mostrano preferenze per specifiche fonti di carbonio, che innescano l’espressione di geni associati al loro metabolismo. Ad esempio, il passaggio dal glucosio a una materia prima lignocellulosica, come lo xilosio o la cellulosa, può indurre l’espressione di geni che codificano per enzimi coinvolti nella degradazione e nell’utilizzo di questi carboidrati complessi.
Regolazione della temperatura e del pH:
Fattori ambientali come la temperatura e il pH possono influenzare l’espressione genetica nelle bioraffinerie microbiche. Gli sbalzi di temperatura o i cambiamenti di pH possono attivare o reprimere i geni coinvolti nelle risposte allo stress o negli adattamenti metabolici, influenzando la produzione di composti bersaglio. Ad esempio, nella produzione di bioetanolo utilizzando il lievito, la regolazione della temperatura influenza l’espressione dei geni che codificano per gli enzimi coinvolti nella fermentazione e nell’utilizzo dello zucchero.
Disponibilità di ossigeno:
La disponibilità di ossigeno, o tensione dell’ossigeno, può influenzare in modo significativo l’espressione genica. Molte bioraffinerie microbiche operano in condizioni aerobiche o anaerobiche, a seconda del microrganismo specifico e dei prodotti desiderati. Le condizioni aerobiche generalmente favoriscono l’espressione di geni coinvolti nel metabolismo ossidativo e nella generazione di energia, mentre le condizioni anaerobiche spesso inducono l’espressione di geni legati alla fermentazione e ai percorsi energetici alternativi.
Strumenti di biologia sintetica:
Gli approcci di biologia sintetica offrono un controllo preciso sulla regolazione genetica nelle bioraffinerie microbiche. Strumenti come l’ingegneria genetica, i sistemi CRISPR-Cas e l’ingegneria metabolica consentono la manipolazione mirata dell’espressione genetica. Introducendo elementi regolatori, promotori o fattori di trascrizione, i ricercatori possono mettere a punto i livelli di espressione genetica e ottimizzare la produzione di prodotti specifici.
MicroRNA (miRNA):
I miRNA sono piccoli RNA non codificanti che regolano l'espressione genica legandosi a specifiche sequenze di mRNA e inibendone la traduzione o provocandone la degradazione. Nelle bioraffinerie microbiche, i miRNA possono svolgere un ruolo importante nella messa a punto delle vie metaboliche regolando l’espressione di geni chiave. L'identificazione e la manipolazione dei miRNA possono fornire un ulteriore controllo sull'espressione genica e sui flussi metabolici.
In sintesi, le bioraffinerie microbiche impiegano varie strategie per regolare l’espressione genetica, garantendo un utilizzo ottimale delle materie prime della biomassa, una produzione mirata di composti preziosi e processi di conversione efficienti. Comprendendo e manipolando i meccanismi di regolazione genetica, le bioraffinerie microbiche possono ottenere una migliore efficienza della bioproduzione, sostenibilità e redditività economica.
