Figura 1:Vengono prodotte quantità aumentate di succinato in base alla sovraespressione dei geni PEPC e all'aumento della temperatura di coltivazione. Credito:Università di Kobe
Il succinato è ampiamente usato come ingrediente grezzo per prodotti petrolchimici, e c'è una forte domanda per un modo di produrre succinato che sia rinnovabile e rispettoso dell'ambiente. Un ricercatore giapponese ha scoperto che i livelli di produzione di succinato aumentano quando i cianobatteri vengono coltivati al di sopra della temperatura ideale per la crescita cellulare. Ha utilizzato le conoscenze sull'ingegneria del percorso metabolico per ottenere il tasso di produzione più efficiente al mondo per il bio-succinato.
La scoperta è stata fatta dal professor Tomohisa Hasunuma (Kobe University Graduate School of Science, Tecnologia e innovazione) come programma strategico di ricerca di base dell'Agenzia giapponese per la scienza e la tecnologia. I risultati sono stati pubblicati in Ingegneria metabolica il 27 maggio.
Il team di ricerca del professor Hasunuma mirava a trovare la reazione che funge da collo di bottiglia nella via metabolica quando la CO2 viene convertita in succinato, quindi utilizzare l'ingegneria genetica per accelerare questa reazione collo di bottiglia e aumentare la produzione di succinato.
L'analisi del metaboloma misura le quantità delle varie sostanze metaboliche all'interno delle cellule, e può essere utilizzato per stimare gli intermedi metabolici che contribuiscono all'aumento della produzione di succinato. Il team di ricerca si è basato su questa tecnologia per sviluppare una tecnica di analisi dinamica del metaboloma in grado di osservare il turnover in quantità di metaboliti intracellulari. Applicando l'analisi del metaboloma dinamico quando hanno osservato un aumento della produzione di succinato, sono stati in grado di identificare la reazione del collo di bottiglia nel percorso di biosintesi del succinato.
Figura 2:Il percorso di conversione dall'anidride carbonica al succinato:utilizzando l'analisi dinamica del metaboloma, il team ha dimostrato che quando Synechocystis viene coltivato a 37℃ si attiva la via metabolica (freccia rossa). Credito:Università di Kobe
Il cianobatterio utilizzato in questo studio (Synechocystissp. PCC 6803) è uno dei cianobatteri più popolari per la ricerca in tutto il mondo. Il team ha scoperto che la temperatura ideale per produrre il succinato da questo cianobatterio è di circa 7 ℃ superiore alla temperatura di crescita cellulare di 30 . Utilizzando l'analisi dinamica del metaboloma hanno chiarito il meccanismo per la produzione di succinato ad alte temperature, e hanno mostrato che la PEPC (fosfoenolpiruvato carbossilasi) è coinvolta nella reazione del collo di bottiglia. Il gruppo ha quindi sviluppato un Synechocystis ricombinante che ha una maggiore attività PEPC rispetto al tipo selvatico attraverso l'ingegneria genetica. Migliorando la reazione PEPC, e cianobatteri in crescita a 37℃, sono riusciti ad aumentare il tasso di produzione di succinato a 7,5 volte superiore rispetto agli studi precedenti.
"Questo studio è un passo importante verso la produzione di bio-succinato dalla CO2. Ora puntiamo ad aumentare la produzione di succinato perfezionando la via metabolica", commenta il professor Hasunuma. "Prendendo di mira vari sistemi metabolici, questa linea di ricerca potrebbe dare grandi contributi alla ricerca di base sulle strutture di controllo delle vie metaboliche, e la ricerca applicata alla produzione di sostanze".
