Innovazioni nel campo dei biocarburanti

Un team internazionale di scienziati ha fornito informazioni importantissime sulla genetica fondamentale del Postia placenta, un fungo del marciume bruno conosciuto per la sua capacità di degradare efficacemente la cellulosa, un componente strutturale delle cellule delle piante. I risultati, pubblicati su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), sono il frutto del progetto Biorenew («Biotecnologia bianca per prodotti a valore aggiunto a partire da polimeri delle piante: Creazione di biocatalizzatori su misura e di nuovi bioprocessi industriali«), finanziato con 9,5 Mio EUR nell'ambito del Sesto programma quadro (6°PQ) dell'UE.

La lignocellulosa, una combinazione di zuccheri della cellulosa e lignina, aiuta a mantenere la struttura delle pareti delle cellule delle piante. Il composto agisce come una vera e propria impalcatura per la pianta, tenendo i gambi rigidi e robusti attraverso un reticolo di cellulosa, emicellulosa e lignina. La forza della lignocellulosa è importante per le piante, ma è fastidiosa per i produttori di biocarburanti.

Per creare biocarburanti le piante devono essere scomposte in zuccheri, che possono essere fermentati in etanolo, il quale può essere usato come carburante per il trasporto. Ma siccome gli zuccheri sono legati così saldamente all'interno del complesso della lignocellulosa, la loro estrazione è difficoltosa e rappresenta un grandissimo inconveniente per l'industria. La ricerca si è finora concentrata sui modi di lavorare la lignina, separando la cellulosa e scomponendola in zuccheri semplici e fermentabili. Per fare ciò, sono state impiegate sostanze chimiche pesanti e trattamenti ad alte temperature.

Un metodo che richiede meno energia per scomporre la lignocellulosa prevede il controllo del potere distruttivo del fungo del marciume bruno, che normalmente si diverte a trasformare gli alberi in pasta di legno negli ecosistemi dei boschi e costa una fortuna all'industria del legname in termini di rimpiazzi. Al contrario dei funghi del marciume bianco, che degradano tutti i componenti della lignocellulosa, i funghi del marciume bruno separano la cellulosa senza distruggere la lignina.

In questo studio, oltre 50 ricercatori provenienti da numerosi paesi, tra cui Austria, Repubblica Ceca, Germania, Francia e Spagna, hanno unito le loro forze per esaminare sistematicamente il genoma e la biochimica del fungo P. placenta. Ricerche approfondite hanno rivelato che il fungo era completamente privo di geni per produrre cellulase (un enzima che scompone la cellulosa), ma aveva una straordinaria serie di sistemi enzimatici che agivano insieme per degradare la cellulosa.

«Il mondo dei microbi rappresenta una risorsa poco esplorata ma ricca di enzimi, che possono avere un ruolo fondamentale nella decostruzione della biomassa delle piante, una fase iniziale della produzione di biocarburante,» ha detto il dott. Eddy Rubin, direttore del Joint Genome Institute del Department of Energy statunitense. «Il genoma del fungo P. placenta del marciume bruno ci offre un inventario dettagliato degli enzimi per la degradazione della biomassa posseduti da questo e da altri funghi.»

La ricerca si sta concentrando attualmente sull'estrazione di zuccheri da erbe perenni e alberi a crescita rapida come i pioppi, che sono coltivati specificamente come biomassa per biocarburanti. Trovare il mix giusto di enzimi per velocizzare questo processo sarebbe un passo in avanti di valore inestimabile per ottenere di più dalla biomassa usando meno energia.

«La natura ci fa da guida in questo,« ha detto il dott. Dan Cullen del Forest Products Laboratory negli Stati Uniti. «Il Postia, nel corso della sua evoluzione, ha perso il meccanismo enzimatico convenzionale per attaccare la materia delle piante. Al contrario, le prove suggeriscono che usa un arsenale di piccoli agenti ossidanti che distruggono le pareti delle cellule della pianta per depolimerizzare la cellulosa. Questo processo biologico apre le porte a strategie per la decostruzione della lignocellulosa più efficaci, meno dispendiose in termini di energia e migliori dal punto di vista ambientale.»

Le informazioni genetiche raccolte dagli scienziati contribuiscono in modo determinante a spiegare il complesso meccanismo biochimico che permette ai funghi del marciume bruno di distruggere il legno così facilmente. Si prevede che queste nuove scoperte spianino la strada ad importanti innovazioni nel settore dei biocarburanti.

«Per la prima volta siamo stati in grado di confrontare i modelli genetici dei funghi del marciume bruno, del marciume bianco e del marciume molle che hanno un ruolo fondamentale nel ciclo del carbonio del nostro pianeta,» ha detto il dott. Randy Berka della Novozymes, Inc. negli Stati Uniti. «Tali confronti miglioreranno la nostra comprensione dei diversi meccanismi e dei processi chimici operanti nella degradazione della lignocellulosa. Questo tipo di informazioni potrebbe permettere ai biotecnologi industriali di escogitare nuove strategie per aumentare l'efficienza e ridurre i costi relativi alla conversione della biomassa per i carburanti rinnovabili e gli intermediari chimici.»

Per ulteriori informazioni, visitare:

Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS):
http://www.pnas.org/

Biorenew:
http://www.biorenew.org

DOE Joint Genome Institute:
http://www.jgi.doe.gov