Bioprospezione di esopolisaccaridi di rilevanza industriale

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13561 (2023) Citare questo articolo

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Gli esopolisaccaridi cianobatterici (EPS) sono potenziali candidati per la produzione di biopolimeri sostenibili. Sebbene le proprietà bioattive e fisico-chimiche dell’EPS a base di cianobatteri siano attraenti, il loro sfruttamento commerciale è limitato dagli elevati costi di produzione. La bioprospezione e la caratterizzazione di nuovi ceppi produttori di EPS per condizioni rilevanti a livello industriale sono fondamentali per facilitare la loro implementazione in vari campi e applicazioni biotecnologici. Nel presente lavoro, abbiamo selezionato venticinque ceppi di cianobatteri portoghesi da una gamma tassonomica diversificata (compresi alcuni generi studiati per la prima volta) da coltivare in condizioni di luce e temperatura diel, simulando le condizioni climatiche portoghesi, e valutato le loro prestazioni di crescita e la loro crescita prossimale. composizione dei macronutrienti. I generi Synechocystis e Cyanobium, di origine marina e di acqua dolce, sono stati evidenziati come a crescita rapida (0,1–0,2 g L−1 giorno−1) con una composizione di biomassa distinta. Synechocystis sp. LEGE 07367 e Chroococcales cyanobacterium LEGE 19970, hanno mostrato una produzione di 0,3 e 0,4 g L−1 di polisaccaridi rilasciati (RPS). Si è scoperto che questi erano polimeri a base di glucano con un alto peso molecolare e un basso numero di monosaccaridi rispetto a quanto solitamente riportato per gli EPS cianobatterici. È stata inoltre confermata l'assenza di cianotossine note in questi due produttori di RPS. Questo lavoro fornisce i passi iniziali per lo sviluppo di bioprocessi EPS cianobatterici nel clima portoghese.

I cianobatteri e le microalghe contribuiscono in modo determinante alla bioeconomia poiché forniscono materie prime per alimenti, mangimi, bioenergia, cosmetici e bioplastiche1. Inoltre, significativi sforzi di ricerca e sviluppo stanno sfruttando l’attuale produzione industriale di queste fabbriche fotoautotrofe in applicazioni economicamente fattibili2. Alcuni prodotti, come i biopolimeri (ovvero sostanze polimeriche di origine naturale), sono ancora limitati dal costo di produzione e dalla capacità se considerati per i mercati sfusi. Esistono, tuttavia, mercati ad alto valore aggiunto, per applicazioni particolari in cui i biopolimeri di cianobatteri/microalghe possono essere commercializzati con successo grazie alle loro specifiche proprietà fisico-chimiche e/o bioattive3,4,5. L’importanza di questi biopolimeri nella bioeconomia può essere sottolineata attraverso i miglioramenti tecnologici e la scoperta di nuove fabbriche fotoautotrofe1. Pertanto, la bioprospezione per condizioni rilevanti a livello industriale (ad esempio luce, temperatura) è fondamentale per lo sviluppo di bioprocessi e la riduzione dei costi6,7.

I cianobatteri sono una fonte promettente di biopolimeri sotto forma di polisaccaridi, che si trovano a livello intracellulare (ad esempio glicogeno) o extracellulare come esopolisaccaridi (EPS)8,9,10. Gli EPS sono essudati ricchi di polisaccaridi che aderiscono al lato esterno della parete cellulare. Esistono però anche nel surnatante, non collegati alla parete cellulare. Sebbene l'origine di questi polisaccaridi nel surnatante non sia completamente compresa, le prove suggeriscono che hanno una composizione di monosaccaridi simile11,12,13,14. Tuttavia, queste due fasi vengono estratte in modo diverso e si distinguono in polisaccaridi legati alle cellule (CPS) e polisaccaridi rilasciati (RPS)15.

Questi biopolimeri sono stati studiati intensamente e alcuni hanno mostrato interessanti proprietà tecno-funzionali16,17,18; con proprietà bioattive quali proprietà antivirali, antinfiammatorie e cicatrizzanti19,20,21 che li rendono buoni candidati per prodotti ad alto valore aggiunto.

Una revisione completa delle metodologie applicate alla bioprospezione degli EPS cianobatterici ha mostrato caratteristiche comuni: i profili di luce e temperatura sono impostati costanti e i ceppi esplorati provengono prevalentemente dagli ordini Nostocales e Oscilatoriales e dal genere Nostoc15. Questi studi hanno dimostrato che il contenuto di EPS è una caratteristica specifica del ceppo.