Gli imprenditori nel settore dell'acquacoltura devono affrontare un problema:estrarre tutte le preziose molecole dalle alghe e dalle cellule di alghe è ancora molto difficile. Ma gli enzimi ei magneti marini ora stanno facilitando la rimozione di preziose molecole e possono persino trasformare le microalghe in "veicoli" a guida magnetica per la somministrazione mirata di farmaci.

Le cellule algali contengono tutti i tipi di sostanze utili, come gli omega utilizzati negli integratori alimentari, proteine, antiossidanti per prodotti di bellezza, e sostanze chimiche organiche utilizzate per creare alternative biodegradabili alla plastica.

Sfortunatamente, più della metà delle sostanze presenti nelle alghe non possono essere raccolte.

"Il problema con il processo industriale di estrazione dell'alginato (un tipo di acido che si trova nelle alghe usate nei prodotti farmaceutici) è che il 60% della biomassa non sarà utilizzabile per nient'altro, ' ha detto il dottor Kevin Cascella, un biologo marino molecolare e project manager per un progetto chiamato GENIALG.

Il progetto utilizza enzimi marini per garantire che tutte le molecole utili trovate all'interno delle cellule algali possano essere estratte per uso industriale.

Come risultato dei progressi compiuti nel sequenziamento di nuova generazione e nell'analisi dell'intero genoma dei batteri che vivono sulle alghe, GENIALG ha pensato che si potessero sviluppare metodi pertinenti per superare la parete cellulare ostinata delle alghe.

Hanno iniziato allevando selettivamente alghe per tassi di crescita più elevati e una resa migliore, proprio come i contadini hanno tradizionalmente allevato bovini per il miglior latte, ma con una dimensione in più. Utilizzando tecniche di analisi genetica, il team sta identificando le regioni del genoma legate a tratti specifici. Questo potrebbe essere il contenuto lipidico di una cellula di alga, ad esempio. I lipidi sono particolarmente interessanti per i nutraceutici, l'industria degli integratori alimentari.

I ricercatori hanno quindi esaminato come migliorare l'estrazione fisica e biochimica delle biomolecole.

Gli attuali processi industriali comportano la rottura delle cellule delle alghe mediante macinazione o pressatura. In questo modo, le cellule passano attraverso un processo di frazionamento per separare il contenuto liquido delle cellule dalle parti solide. Prossimo, i composti vengono rimossi con enzimi, che fungono da forbici biologiche, rompere la parete cellulare in punti specifici. Enzimi specifici vengono utilizzati per generare e rilasciare particolari biomolecole preziose.

Enzimi marini

I ricercatori di GENIALG alla Stazione Biologica di Roscoff, Francia, hanno lavorato sugli enzimi marini negli ultimi 20 anni, e credono di aver trovato alcuni enzimi batterici che potrebbero produrre rese più elevate rispetto a quelle commerciali.

"I diversi tipi di combinazioni di enzimi consentono la degradazione della parete cellulare delle alghe, ' disse il dottor Cascella, aggiungendo che queste combinazioni generano diversi tipi di molecole. Il team testa le nuove molecole per vedere cosa fanno e se potrebbero essere utili in applicazioni mediche o di altro tipo.

Il team ha due impianti pilota di bioraffineria e sta costruendo una biobanca, dove gli scienziati e il pubblico in generale possono studiare i ceppi di alghe in diversi punti del loro ciclo di vita. Secondo il dottor Cascella, hanno già trovato un particolare composto che ha il potenziale per influenzare le cellule tumorali, su cui stanno attualmente indagando in modo più approfondito.

Gli enzimi non sono l'unico mezzo per raccogliere quei composti ricercati. Un altro metodo studiato da altri scienziati prevede l'uso di magneti.

Perché le microalghe crescano, fotosintesi e produrre le biomolecole apprezzate da diverse industrie, devono essere sospesi in acqua e avere accesso a una fonte di luce. Ma la luce non attraversa l'acqua in modo uniforme, e le cellule microalgali si muovono liberamente.

Il progetto VALUEMAG ha pensato che i magneti potessero mantenere le cellule microalgali costantemente vicine a una fonte di luce in modo che potessero fotosintetizzare alla velocità massima. Inseriscono minuscole nanoparticelle di ferro all'interno di cellule microalgali per "magnetizzarle", utilizzando un nuovo dispositivo sviluppato dal progetto. Le cellule vengono quindi distribuite su un cono con superficie magnetica e alimentate con un flusso costante di acqua e luce. Ciò garantisce che producano il maggior numero possibile di biomolecole.

Magneti

Quando è il momento di raccogliere quelle utili biomolecole, i magneti vengono usati ancora una volta.

Il team utilizza prima un processo chiamato 'CO supercritica ₂ estrazione' per rompere le cellule delle microalghe.

Quando le cellule vengono distrutte, ai ricercatori viene lasciata una soluzione di estratti di microalghe e nanoparticelle. Per rimuovere le molecole che vogliono, come proteine ​​o lipidi, il progetto utilizza una nuova tecnica da loro sviluppata chiamata "separazione magnetica selettiva", dice il professor Evangelos Hristoforou, il direttore del Laboratorio di sensori elettronici presso l'Università tecnica nazionale di Atene, Grecia, e coordinatore del progetto VALUEMAG.

Il metodo prevede la copertura delle nanoparticelle con ligandi, minuscole molecole che si legano ad altre molecole, come una specie di velcro biochimico. Il ligando è attratto in modo specifico da una particolare molecola bersaglio e quindi "cattura" la molecola pertinente. Poiché la nanoparticella è magnetizzata, l'esposizione della miscela a un magnete consente di estrarre dalla miscela la molecola catturata, il ligando e la nanoparticella. Un ultimo passaggio separa il ligando e la nanoparticella, e la molecola viene rilasciata.

Poiché i due metodi non richiedono alcun prodotto chimico, gli estratti sono sicuri da mangiare o da usare nei cosmetici.

La ricerca di VALUEMAG ha anche potenziali applicazioni biomediche. Gli scienziati hanno scoperto che le cellule microalgali magnetizzate potrebbero sostituire le cellule staminali umane utilizzate per somministrare farmaci.

Terapia cellulare

Attualmente, Le cellule staminali umane vengono iniettate con farmaci che vengono guidati attraverso il corpo e rilasciati in un punto specifico. La tecnica si chiama terapia cellulare, ma il problema è che le cellule staminali umane possono essere rifiutate dal corpo o peggio, diventare cancerogeno.

Le microalghe non hanno questo tipo di problema.

Le cellule microalgali possono essere iniettate con nanoparticelle di ferro e il farmaco che deve essere rilasciato nel corpo. Le cellule possono quindi essere guidate da un medico utilizzando magneti nel punto corretto all'interno del corpo, ad esempio, i farmaci per combattere il cancro al fegato dovrebbero essere rilasciati vicino al fegato.

"Non possono crescere nei nostri corpi perché non sono cellule umane, ' ha detto il dottor Angelo Ferraro, capo biologo per VALUEMAG. "E sono meno immunogeni, in modo che possano essere utilizzati come veicolo per terapie cliniche.'