Lo studio di Claudia Favara sulla produzione algale nella simbiosi industriale
Acquisire maggiori conoscenze sul ruolo dei microRNA nella gestione programmata e nell’ottimizzazione della produzione algale (Haematococcus pluvialis) con un considerevole impatto sull’economia circolare, sulla salute e sull’ambiente.
Sono gli obiettivi dello studio di Claudia Favara, componente del gruppo di ricerca della prof.ssa Margherita Ferrante del Dipartimento di Scienze Mediche, Chirurgiche e Tecnologie Avanzate “Ingrassia”
La ricerca, infatti, è incentrata sull’attribuzione per la prima volta di un ruolo specifico dei miRNAs della specie algale Haematococcus pluvialis nel meccanismo di sintesi di molecole bioattive come la Astaxantina.
L’attività di ricerca è svolta con il partenariato dell’azienda Siciliana Plasticalfa spa, in cui è situata una piattaforma tecnologica per la coltivazione e la crescita della specie algale in questione, e con il contributo dell’Unità Operativa di Mutagenesi dell’Ospedale Policlinico San Martino di Genova.
Da un lato l’uso di sostanze bioattive di origine naturale contribuirà alla riduzione della CO2 in atmosfera soppiantando la sintesi chimica. Dall’altro permetterà di studiare il miRNome (l’insieme di tutti i miRNA contenuti nella cellula) della specie algale in modo da ampliarne la conoscenza biologica ai fini della sua regolazione a vantaggio della spinta verso una maggiore produttività e ai fini dell’applicazione per la salvaguardia della salute umana.
Margherita Ferrante e Claudia Favara
Microalghe ed ecologia industriale
L’economia circolare è un modello economico valido al fine di ridurre al minimo gli scarti, cercando di dare un valore aggiunto ai rifiuti prodotti, destinandoli ad altri percorsi industriali e limitando il più possibile l’utilizzo di nuove risorse naturali; tutto ciò a vantaggio della sostenibilità d’impresa con ricadute positive sull’ambiente e dunque sull’uomo.
Uno degli obiettivi del progetto è valorizzare la coltura algale nella 'simbiosi industriale', ovvero la circuitazione degli scarti a supporto di altre linee produttive connesse, materia della nuova scienza denominata ecologia industriale. All’interno dell’ecologia industriale, inoltre, la simbiosi industriale indaga le relazioni esistenti tra i sistemi industriali e l’ambiente naturale, uomo incluso. Una simbiosi tra imprese può essere realizzata utilizzando gli scarti o i sottoprodotti in modo da istaurare un sistema produttivo di natura circolare; consentendoci di abbandonare il concetto di rifiuto.
Ad esempio, l’anidride carbonica (CO2) che viene prodotta dai processi industriali può essere captata e riutilizzata, e uno degli impieghi è l’uso nella produzione della biomassa algale, in particolare le microalghe (alghe monocellulari), che ad oggi hanno riscosso un grande interesse nel settore delle energie rinnovabili, nel campo della depurazione delle acque reflue, ma soprattutto per la produzione di integratori alimentari e prodotti bioattivi per usi farmaceutici.
Questi organismi riescono ad assorbire rapidamente l’anidride carbonica e a convertirla biochimicamente producendo contemporaneamente biomolecole attive. Per questi motivi la ricerca si indirizza nel miglioramento delle prestazioni di coltivazione di tali organismi, con l’obiettivo finale di aumentare la sintesi di importanti molecole bioattive.
La specie microalgale Haematococcus pluvialis
L’Haematococcus pluvialis è un’alga verde biflagellata unicellulare d'acqua dolce appartenente alla classe Chlorophyceae. Questa microalga a livello industriale è coltivata grazie a fotobioreattori.
Il processo di coltivazione di Haematococcus p. nei fotobioreattori consiste in due fasi: la "fase verde" e la "fase rossa".
Nella "fase "verde" la coltura algale cresce in condizioni ottimali, con cicli regolari di luce alternata e buio. Quando la densità cellulare diventa elevata, la biomassa algale viene sottoposta a condizioni di stress per indurre una fase di transizione che porta alla formazione di cisti rosse, la "fase rossa".
Dal punto di vista della composizione biochimica le fasi rossa e verde sono molto diverse tra di loro: nella fase verde troviamo un maggior contenuto proteico a svantaggio del contenuto in lipidi e carboidrati rispetto alla fase rossa. I livelli di carotenoidi (come βcarotene, zeaxantina, luteina) con alto valore commerciale sono più elevati nella fase rossa, essi vengono poi trasformati in carotenoidi secondari, principalmente in Astaxantina (3,30-diidrossi-b,b-carotene-4,40-Dione, C40H52O4, 80-90% dei carotenoidi totali).
L’astaxantina come protettore della salute umana
L’astaxantina ha una dichiarata attività antiossidante rispetto ad altri carotenoidi e le consente di essere un buon alleato per la salute umana.
Numerose evidenze scientifiche ne confermano anche l’attività antitumorale, antinfiammatoria, neuroprotettiva e immunostimolante.
Con il progetto ShazzAn si vogliono impiegare le conoscenze circa alterazioni dei microRNA nell’alga Haematococcus p. per regolare i processi biochimici cellulari e sfruttarli a vantaggio dell’aumentata sintesi di tale biomolecola attiva.
In particolare, si potrebbero esercitare azioni dirette sul genoma della specie algale up-regolando o down-regolando i microRNA che, essendo ottimi biomarcatori precoci di effetto, regolano a livello post-trascrizionale l’espressione genica. La manipolazione delle vie metaboliche permette anche di aumentare efficacemente il contenuto di acidi grassi e carotenoidi nella stessa specie microalgale.
Questo progetto rappresenta un tassello fondamentale nella ricerca genomica e di epigenetica applicata al rapporto tra ambiente e salute umana.