Spesso, i risultati della ricerca scientifica fondamentale sono a molti passi da un prodotto che può essere immediatamente portato al pubblico. Ma ogni tanto, l'occasione fa la sua prima apparizione.

Questo è stato il caso di un team del Joint BioEnergy Institute (JBEI) del Dipartimento dell'Energia. il cui pensiero fuori dagli schemi quando si studiava la bioproduzione a base di microbi ha portato direttamente a una piattaforma di produzione ecologica per un pigmento blu chiamato indigoidina. Con una tonalità vividamente saturata simile all'indaco sintetico, un colorante utilizzato in tutto il mondo per colorare il denim e molti altri capi, l'indigoidina prodotta dai funghi del team potrebbe fornire un'alternativa a un processo in gran parte dannoso per l'ambiente.

"Originariamente estratto da piante, la maggior parte dell'indaco usato oggi è sintetizzato, " ha detto il ricercatore capo Aindrila Mukhopadhyay, che dirige il team di Host Engineering presso JBEI. "Questi processi sono efficienti e poco costosi, ma spesso richiedono sostanze chimiche tossiche e generano molti rifiuti pericolosi. Con il nostro lavoro ora abbiamo un modo per produrre in modo efficiente un pigmento blu che utilizza poco, fonti di carbonio sostenibili invece di precursori aggressivi. E finora, la piattaforma controlla molte delle scatole nella sua promessa di essere ampliata per i mercati commerciali."

È importante sottolineare che questi mercati commerciali hanno già una notevole domanda per ciò che gli scienziati sperano di fornire. Dopo aver incontrato molte delle principali parti interessate nel settore tessile, il team ha scoperto che molte aziende sono desiderose di pigmenti di provenienza più sostenibile perché i clienti sono sempre più consapevoli dell'impatto dei coloranti convenzionali. "Sembra esserci un cambiamento nella società verso il desiderio di processi migliori per la creazione di prodotti di uso quotidiano, "ha detto Maren Wehrs, uno studente laureato presso JBEI e primo autore del documento che descrive la scoperta, ora pubblicato in chimica verde . "Questo è esattamente ciò che JBEI sta cercando di fare, utilizzando strumenti derivati ​​da sistemi biologici, si dà il caso che la nostra piattaforma biologica ingegnerizzata abbia funzionato molto bene".

La storia è iniziata quando il team ha deciso di testare quanto bene una specie di funghi resistenti chiamata Rhodosporidium toruloides potesse esprimere le sintetasi peptidiche non ribosomiali (NRPS), grandi enzimi che batteri e funghi usano per assemblare composti importanti. Gli scienziati hanno esaminato la capacità di espressione di NRPS di questo fungo inserendo un NRPS batterico nel suo genoma. Hanno scelto un NRPS che converte due molecole di amminoacidi in indigoidina, un pigmento blu, per rendere più facile capire se l'ingegneria del ceppo aveva funzionato. Abbastanza semplice, quando lo ha fatto, la cultura diventerebbe blu.

Entrando in questo esperimento, indigoidine in sé non era l'interesse principale per la squadra. Anziché, si sono concentrati su un quadro più ampio:esplorare come la funzionalità della catena di montaggio di questi enzimi potrebbe essere sfruttata per creare percorsi di produzione biosintetici per preziosi composti organici, come i biocarburanti, e valutare se i funghi rappresentassero o meno una buona specie ospite per la produzione di questi composti. Ma quando hanno coltivato il loro ceppo ingegnerizzato, e ho visto quanto blu fosse la cultura, sapevano che era successo qualcosa di incredibile.

Con un titolo medio di 86 grammi di indigoidina per litro di coltura in bioreattore, la resa del ceppo, che hanno chiamato Bluebelle, è di gran lunga la più alta che sia mai stata segnalata. (Altri gruppi di ricerca, compreso il team JBEI, hanno sintetizzato indigoidina utilizzando diversi microbi ospiti.) Aggiungendo al peso del risultato, la resa record è stata ottenuta da un processo di coltura che utilizza input di nutrienti e precursori provenienti da materiale vegetale sostenibile. I percorsi precedenti richiedevano input notevolmente più costosi, ma producevano circa un decimo della quantità di indigoidina.

Al di là delle potenziali applicazioni dell'indigoidina, lo studio è riuscito nel suo obiettivo originale di fornire un potenziale percorso di produzione per altri NRPS, qualcosa che è molto più prezioso di qualsiasi singolo prodotto. Questi enzimi complessi hanno più subunità che svolgono ciascuna un'azione distinta e prevedibile nell'assemblare un composto da molecole più piccole. Gli scienziati di JBEI e oltre sono desiderosi di progettare enzimi che utilizzino le funzionalità simili a blocchi Lego di NRPS per produrre bioprodotti avanzati che sono attualmente difficili da realizzare.

"Una grande sfida è far sì che un microbo esprima in modo efficiente tali enzimi. Questo ospite ha un enorme potenziale per soddisfare tale esigenza, ", ha detto Mukhopadhyay.

I prossimi passi del team saranno di caratterizzare come l'indigoidina potrebbe essere usata come colorante e di approfondire le capacità di R. toruloides.