I ricercatori hanno esaminato i polimeri sintetici per la loro capacità di indurre la formazione di biofilm in un ceppo di E. coli (MC4100), noto per essere scarso nel formare biofilm. Hanno anche monitorato la biomassa e l'attività biocatalitica di MC4100 e PHL644 (un buon formatore di biofilm), hanno incubato la presenza di questi polimeri e hanno scoperto che MC4100 corrispondeva e addirittura superava PHL644. Credito:EzumeImages
Gli scienziati di Birmingham hanno rivelato un nuovo metodo per aumentare l'efficienza della biocatalisi, in un documento pubblicato oggi su Materials Horizons .
La biocatalisi utilizza enzimi, cellule o microbi per catalizzare reazioni chimiche e viene utilizzata in ambienti come l'industria alimentare e chimica per realizzare prodotti che non sono accessibili dalla sintesi chimica. Può produrre prodotti farmaceutici, prodotti della chimica fine o ingredienti alimentari su scala industriale.
Tuttavia, una delle principali sfide nella biocatalisi è che i microbi più comunemente usati, come i probiotici e i ceppi non patogeni di Escherichia coli, non sono necessariamente bravi a formare biofilm, gli ecosistemi che promuovono la crescita che formano un microambiente protettivo attorno a comunità di microbi e aumentare la loro resilienza e quindi aumentare la produttività.
Questo problema è normalmente risolto dall'ingegneria genetica, ma i ricercatori Dr. Tim Overton della School of Chemical Engineering dell'università, e il Dr. Francisco Fernández Trillo della School of Chemistry, entrambi membri dell'Istituto di Microbiologia e Infezione, hanno stabilito per creare un metodo alternativo per aggirare questo processo costoso e dispendioso in termini di tempo.
I ricercatori hanno identificato una libreria di polimeri sintetici e li hanno sottoposti a screening per la loro capacità di indurre la formazione di biofilm in E. coli, un batterio che è uno dei microrganismi più studiati e comunemente usato nella biocatalisi.
Questo screening ha utilizzato un ceppo di E. coli (MC4100) che è ampiamente utilizzato nella scienza fondamentale per studiare geni e proteine ed è noto per essere scarso nella formazione di biofilm, e lo ha confrontato con un altro ceppo di E. coli PHL644, un ceppo isogenico ottenuto attraverso evoluzione che è un buon formatore di biofilm.
Questo screening ha rivelato le sostanze chimiche più adatte a stimolare la formazione di biofilm. I polimeri idrofobici hanno superato le prestazioni dei polimeri leggermente cationici, con derivati aromatici ed eteroaromatici che hanno prestazioni molto migliori rispetto ai polimeri alifatici equivalenti.
I ricercatori hanno quindi monitorato la biomassa e l'attività biocatalitica di entrambi i ceppi hanno incubato la presenza di questi polimeri e hanno scoperto che MC4100 corrispondeva e addirittura superava PHL644.
Ulteriori studi hanno esaminato il modo in cui i polimeri stimolano questi profondi aumenti di attività. Qui la ricerca ha indicato che i polimeri precipitano in soluzione e agiscono come coagulanti, stimolando un processo naturale chiamato flocculazione che innesca la formazione di biofilm da parte dei batteri.
Il Dr. Fernandez-Trillo ha dichiarato:"Abbiamo esplorato un ampio spazio chimico e identificato le sostanze chimiche e i polimeri con le migliori prestazioni che aumentano l'attività biocatalitica di E. coli, un cavallo di battaglia nella biotecnologia. Ciò ha portato a una piccola libreria di polimeri sintetici che aumentano il biofilm formazione se usato come semplici additivi alla coltura microbica. Per quanto ne sappiamo, attualmente non esistono metodi che forniscano questa semplicità e versatilità quando promuovono biofilm per batteri benefici."
"Questi polimeri sintetici possono aggirare la necessità di introdurre i tratti per la formazione di biofilm attraverso l'editing genetico, che è costoso, dispendioso in termini di tempo, non reversibile e richiede una persona esperta in microbiologia per implementarlo. Riteniamo che questo approccio abbia un impatto oltre i biofilm per la biocatalisi. Una strategia simile potrebbe essere impiegata per identificare polimeri candidati per altri microrganismi come probiotici o lieviti e sviluppare nuove applicazioni nelle scienze alimentari, nell'agricoltura, nel biorisanamento o nella salute."
L'Università di Birmingham Enterprise ha depositato una domanda di brevetto per il metodo e gli additivi polimerici e ora sta cercando partner commerciali per la licenza. + Esplora ulteriormente
