La ricerca scientifica continua a spingersi oltre i confini della natura, aprendo nuove prospettive nella lotta contro l’emergenza climatica. Tra le innovazioni più promettenti si trova la biologia sintetica, un campo che offre l’opportunità di progettare percorsi biochimici per la cattura e la conversione dell’anidride carbonica (CO₂). In questo contesto, i ricercatori dell’Istituto Max-Planck per la microbiologia terrestre hanno sviluppato il ciclo THETA, un ciclo biochimico sintetico che rappresenta un passo significativo verso la realizzazione di percorsi sintetici di fissaggio della CO₂ all’interno delle cellule viventi.
L’attuale emergenza climatica richiede soluzioni innovative, e la biologia sintetica offre nuove vie per affrontare la sfida della cattura e conversione della CO₂. La peculiarità della biologia sintetica è la capacità di progettare percorsi di fissazione della CO₂ più efficienti rispetto a quelli sviluppati dalla natura stessa.
Il ciclo THETA
Il ciclo THETA, sviluppato dai ricercatori del gruppo di Tobias Erb, è un’innovazione che coinvolge 17 biocatalizzatori, progettati attorno a due enzimi di fissazione della CO₂ noti per la loro velocità eccezionale. Questi enzimi, crotonil-CoA carbossilasi/reduttasi e fosfoenolpiruvato carbossilasi, sono stati trovati nei batteri e rappresentano una base solida per la costruzione del ciclo THETA.
Il ciclo THETA converte due molecole di CO₂ in un importante componente, l’acetil-CoA. Questo metabolita centrale è fondamentale in diversi processi cellulari e rappresenta un elemento costituente per la produzione di biocarburanti, biomateriali e prodotti farmaceutici. La versatilità dell’acetil-CoA lo rende un composto di grande interesse nelle applicazioni biotecnologiche.
Nonostante il successo nella costruzione e nell’implementazione dei moduli del ciclo THETA nel batterio E. coli, la chiusura dell’intero ciclo rappresenta ancora una sfida significativa. La sincronizzazione di tutte le 17 reazioni con il metabolismo naturale di E. coli è un obiettivo complesso che richiede ulteriori sforzi. Tuttavia, i ricercatori sono ottimisti e vedono il ciclo THETA come una potenziale piattaforma versatile per la produzione di composti preziosi direttamente dalla CO₂.
Prospettive future
La biologia sintetica sta aprendo la strada a nuovi orizzonti nella fissazione della CO₂. L’introduzione di parti del ciclo THETA nelle cellule viventi rappresenta una prova di principio per la biologia sintetica, aprendo la strada alla creazione di percorsi altamente complessi e ortogonali rispetto alla natura stessa. Gli studiosi stanno apprendendo come riprogrammare completamente il metabolismo cellulare, creando un sistema operativo autotrofico sintetico per la cellula.
Il ciclo THETA è un esempio tangibile dell’innovazione che la biologia sintetica può portare nel settore della fissazione della CO₂. Mentre le sfide rimangono, i progressi compiuti finora indicano una promettente direzione per la creazione di soluzioni biotecnologiche che possono contribuire significativamente a mitigare l’impatto ambientale della CO₂.
