Non puoi vederli ad occhio nudo, ma la maggior parte delle piante emette gas volatili—isoprenoidi—nell'atmosfera quando respirano e crescono. Alcune piante emettono quasi nulla; altri emettono chilogrammi all'anno.

Perché le emissioni di isoprenoidi delle piante sono interessanti? Bene, gli isoprenoidi contribuiscono enormemente alla quantità di idrocarburi rilasciati nell'atmosfera, dove possono essere convertiti in potenti gas serra, che influenzano il cambiamento climatico. In realtà, è stato stimato che gli isoprenoidi a catena corta rappresentano oltre l'80% di tutti i composti organici volatili emessi da tutti gli organismi viventi, per un totale di circa 650 milioni di tonnellate di carbonio all'anno.

"Abbiamo scoperto un nuovo modo in cui le piante regolano la quantità di isoprenoidi volatili che emettono nell'atmosfera, che era stato a lungo sconosciuto. Alcune piante emettono molto, mentre specie molto simili non li emettono affatto. Questo è interessante da un punto di vista della ricerca di base per comprendere meglio queste emissioni e come la coltivazione di piante diverse potrebbe influenzare il ciclo del carbonio e l'impatto dei gas serra, " dice il primo autore di un nuovo studio recentemente pubblicato su eLife , La ricercatrice senior Mareike Bongers del Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability e dell'Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology, L'Università del Queensland.

Le colture che emettono molto isoprene sono, Per esempio, alberi di palma da olio; abete rosso, che viene coltivato per il legname; e pioppi, che vengono coltivati ​​per legname e biocarburanti. Con questa conoscenza, gli agricoltori potrebbero in linea di principio ottimizzare i terreni forestali e le aree agricole piantando meno piante ad alto emettitore e più zero emissioni.

"Va detto, anche se, che non sappiamo con certezza che tutti gli effetti di queste emissioni siano negativi, sono necessarie ulteriori ricerche su questo. Ma ciò che è chiaro è che molti degli effetti nocivi delle emissioni di isoprenoidi si verificano quando reagiscono con i comuni inquinanti atmosferici, che influisce sulla formazione di gas serra e sulla qualità dell'aria. Perciò, le grandi piantagioni con elevate emissioni sono particolarmente problematiche in prossimità dell'inquinamento atmosferico industriale o municipale. Così, ridurre l'inquinamento è un altro modo per affrontare il problema, "dice Mareike Bongers.

I ricercatori dietro questo studio stanno ora esaminando la possibilità di utilizzare questa nuova conoscenza nella biotecnologia applicata. I ricercatori hanno effettivamente scoperto il nuovo meccanismo di regolazione, perché hanno cercato di ingegnerizzare il batterio E. coli per produrre isoprenoidi ricercati, che potrebbero sostituire molte sostanze chimiche dei combustibili fossili se potessero essere prodotte in modo più economico.

Così, mentre ingegnerizza i geni delle piante in E. coli per migliorare la produzione di isoprenoidi, i ricercatori sono venuti a conoscenza del meccanismo di regolazione a base vegetale. Quando E. coli è stato progettato con geni vegetali per un enzima noto come HDR, hanno prodotto due importanti sostanze chimiche in rapporti diversi, e questo ha influenzato la quantità di isoprene che potrebbe essere prodotta.

Questa rivelazione è molto utile nelle biotecnologie applicate, perché gli isoprenoidi possono essere trasformati in prodotti come la gomma. GoodYear ha già prodotto pneumatici per auto realizzati con isoprene bio-prodotto. Per di più, i risultati potrebbero anche migliorare la produzione di isoprenoidi monoterpenici, che sono ottimi carburanti per aviogetti perché sono molto densi di energia.

"Questo è particolarmente interessante dal punto di vista della sostenibilità, perché non è previsto che gli aeroplani possano essere alimentati da nient'altro che combustibili liquidi, rispetto al trasporto terrestre, che potrebbe essere elettrico, " lei dice.

Finalmente, gli isoprenoidi sono anche usati come aromi e fragranze in profumi e cosmetici, e sono molto importanti come composti attivi in ​​alcuni farmaci, per esempio il farmaco antimalarico artemisinina o taxadiene, da cui viene prodotto il farmaco antitumorale Taxol.

Oggi, la maggior parte dei laboratori e delle aziende biotecnologiche che producono isoprenoidi utilizzano un percorso dal lievito, poiché le rese ottenute sono state molto superiori a quelle di E.coli. Ma il percorso utilizzato da E. coli e piante ha una resa teorica più elevata, il che significa che teoricamente potrebbero essere prodotti più isoprenoidi dalle stesse quantità di zucchero in E.coli che nel lievito. Perciò, cercare di ottimizzare E.coli per la produzione di isoprenoidi ha senso dal punto di vista commerciale.

Il team ha confrontato otto diversi geni HDR vegetali e un gene HDR cianobatterico in E.coli. Il miglior risultato è stato ottenuto con i geni del pesco, pioppo e ricino. Poiché questa era una prova di concetto, il team ha prodotto solo 2 mg di isoprene per litro di brodo cellulare. Ma con ulteriori sforzi di ingegneria e ottimizzazione della fermentazione, i ricercatori prevedono di migliorare la produzione di isoprene in E. coli utilizzando questo sistema.

"Abbiamo visto che la scelta del giusto enzima vegetale ha fatto una grande differenza per la produzione di isoprene in E. coli. Quindi, il nostro approccio "imparando dalla natura" su come alcune piante sono diventate così brave a emettere isoprenoidi ci ha davvero aiutato a progettare fabbriche di cellule più efficienti, "conclude.