1. Regolazione trascrizionale:
- Fattori di trascrizione:i microrganismi possono produrre fattori di trascrizione che si legano specificamente al DNA e promuovono o reprimono la trascrizione di determinati geni. Questi fattori di trascrizione possono essere attivati o inibiti da vari segnali ambientali o intermedi metabolici. Ad esempio, la presenza di un substrato o sottoprodotto specifico può innescare l’espressione di geni coinvolti nel suo metabolismo o disintossicazione.
2. Stabilità dell'mRNA:
- Riboswitch:i riboswitch sono elementi di RNA ad azione cis situati all'interno della regione non tradotta 5' (UTR) delle trascrizioni di mRNA. Possono legarsi a metaboliti o ligandi specifici e regolare l'accessibilità del sito di legame del ribosoma, controllando così la traduzione del gene a valle. Ad esempio, i riboswitch possono rilevare la disponibilità di determinati nutrienti, come glucosio o amminoacidi, e modulare l’espressione dei geni coinvolti nel loro assorbimento e metabolismo.
3. Regolazione traslazionale:
- Piccoli RNA regolatori (sRNA):gli sRNA sono piccole molecole di RNA non codificanti che regolano l'espressione genica legandosi all'mRNA dei geni bersaglio e interferendo con la loro traduzione. Possono inibire la traduzione o indurre la degradazione dell'mRNA. Gli sRNA possono essere prodotti dal microrganismo ospite o anche dai membri della comunità microbica coinvolti nel processo di bioraffineria.
4. Rilevamento del quorum:
- Le bioraffinerie microbiche spesso coinvolgono comunità microbiche. Il quorum sensing è un meccanismo di comunicazione cellula-cellula utilizzato da molti microrganismi per coordinare il proprio comportamento. Permette alla comunità microbica di percepire la propria densità e rispondere collettivamente. Ad esempio, quando viene raggiunta una certa soglia di una specifica molecola segnale, può innescare l’espressione di geni coinvolti nella formazione del biofilm, nella produzione di antibiotici o in altre attività metaboliche cruciali per il processo di bioraffineria.
5. Regolazione metabolica:
- Inibizione e induzione del feedback:le vie metaboliche sono regolate da meccanismi di feedback. I prodotti finali o intermedi possono inibire l'attività degli enzimi precedenti nel percorso, prevenendo l'accumulo di metaboliti in eccesso. Al contrario, i substrati possono indurre l’espressione di geni che codificano per enzimi coinvolti nel loro metabolismo, garantendo un utilizzo efficiente delle risorse disponibili.
6. Rilevamento ambientale:
- Sistemi a due componenti:molti microrganismi utilizzano sistemi a due componenti per rilevare e rispondere ai cambiamenti ambientali. Questi sistemi sono costituiti da una proteina sensore transmembrana che rileva segnali esterni e un regolatore della risposta citoplasmatica che modula l'espressione genica. La proteina sensore può essere attivata legandosi a ligandi specifici, portando a cambiamenti trascrizionali che adattano il metabolismo microbico alle condizioni prevalenti.
7. Sistemi CRISPR-Cas:
- I sistemi CRISPR-Cas sono meccanismi di difesa adattivi presenti in molti batteri e archaea. Svolgono un ruolo nella regolazione genetica prendendo di mira e silenziando specifiche sequenze di DNA. In alcune applicazioni di bioraffineria microbica, i sistemi CRISPR-Cas possono essere progettati per regolare l’espressione di geni coinvolti nella sintesi di bioprodotti o nelle vie metaboliche.
È importante notare che i meccanismi di regolazione impiegati dalle bioraffinerie microbiche sono molto diversi, influenzati dagli specifici microrganismi coinvolti, dai substrati e dai prodotti di interesse e dalla rete metabolica complessiva. Gli approcci di biologia dei sistemi, come la modellazione metabolica su scala genomica e la trascrittomica, vengono spesso utilizzati per comprendere e ottimizzare i meccanismi di regolazione all'interno delle bioraffinerie microbiche per migliorare prestazioni e produttività.
