Gli enzimi possiedono un enorme potenziale per rendere la produzione industriale significativamente più efficiente e per sbloccare metodi di sintesi del tutto inediti. Essendo catalizzatori naturali, queste molecole sono in grado di accelerare e perfezionare reazioni chimiche complesse in modo altamente ecologico. Tuttavia, adattare queste delicate strutture biologiche a specifiche applicazioni industriali rappresenta un processo estremamente complesso. I processi industriali, infatti, richiedono molto spesso che gli enzimi siano in grado di resistere a temperature elevate o di mantenere la propria integrità strutturale a contatto con solventi aggressivi, condizioni ben diverse da quelle riscontrate in natura. Di conseguenza, lo sviluppo di biocatalizzatori su misura è sempre stato considerato un compito lungo, costoso e ad alta intensità di risorse. Per superare questi storici ostacoli, la ricerca si sta orientando verso un nuovo approccio multidisciplinare capace di gestire e ottimizzare grandi moli di dati molecolari in tempi ridotti.
Microfluidica a goccia e intelligenza artificiale come motori di innovazione
Per accelerare radicalmente la progettazione molecolare, un team di scienziati ha sviluppato una piattaforma rivoluzionaria che sfrutta le più recenti tecnologie informatiche e di laboratorio. Questo nuovo strumento si basa sull’uso della microfluidica a goccia abbinata a sofisticati flussi di lavoro di pipettamento miniaturizzati. Questo sistema fisico consente di testare simultaneamente un numero elevatissimo di varianti enzimatiche all’interno di scomparti liquidi microscopici, riducendo drasticamente il consumo di reagenti e abbattendo i tempi delle analisi pratiche. L’obiettivo primario dei ricercatori è produrre il maggior numero possibile di prototipi biologici per poi valutare le loro performance. È esattamente in questa fase cruciale che entra in gioco l’intelligenza artificiale. Attraverso metodi computazionali avanzati, gli algoritmi esaminano i dati generati dagli esperimenti su scala microfluidica, aiutando a identificare in modo rapido e selettivo le mutazioni genetiche più adatte a resistere allo stress chimico-fisico del settore manifatturiero.
L’ingegneria molecolare per una chimica sostenibile
La fusione tra biotecnologia applicata e algoritmi di calcolo predittivo sta trasformando le basi della ricerca sui materiali biologici. Holly Corbett, esperta di intelligenza artificiale presso il Fraunhofer IZI-BB (Istituto per la terapia cellulare e l’immunologia, filiale di bioanalitica e bioprocessi), sottolinea la portata di questo progresso. Questa infrastruttura avanzata permette al team di ingegnerizzare gli enzimi passo dopo passo per specifiche applicazioni, dando così un contributo fondamentale allo sviluppo di un’industria ad alte prestazioni focalizzata sulla chimica sostenibile. Per la dottoressa Corbett, un simile livello di manipolazione e precisione rappresenta una vera e propria abilità ingegneristica su scala molecolare. Il gruppo di ricerca ha già ultimato con successo la prima fase di questo innovativo flusso di lavoro automatizzato e si prepara ora a miniaturizzare ulteriormente la piattaforma, procedendo ai test definitivi su una classe iniziale di enzimi critici per il mercato.
Dal laboratorio al mercato attraverso il programma AHEAD
Oltre al notevole successo scientifico, questa iniziativa si distingue per una fortissima vocazione imprenditoriale e applicativa. I ricercatori Krebs e Dechamps, pionieri di questa tecnologia, si sono conosciuti originariamente partecipando ad AHEAD, un prestigioso programma di finanziamento promosso dall’organizzazione Fraunhofer per supportare la creazione di startup tecnologiche dirompenti. Successivamente, Holly Corbett si è unita al gruppo assumendo il ruolo chiave di responsabile per lo sviluppo della piattaforma basata sulle reti neurali. Con il pieno e continuo supporto del Fraunhofer IZI-BB, che storicamente collabora con partner industriali, accademici e clinici per sviluppare soluzioni robuste e sostenibili, i tre ricercatori hanno già in programma di lanciare a breve una propria azienda indipendente. Questa futura realtà commerciale avrà il preciso compito di trasferire le nuove architetture biologiche dal banco del laboratorio alle linee di produzione globali, facilitando l’adozione di standard ecologici superiori conformi ai più severi requisiti normativi.