Potenzialità biotecnologiche delle microalghe per la sostenibilità ambientale

Background
Le microalghe sono un ampio gruppo di microorganismi fotossigenici appartenenti a diversi taxa e in grado di colonizzare svariati ambienti, sia naturali che di origine antropica, inclusi gli ambienti considerati estremi (es. ambienti termali e nivaIi). Col termine microalghe, usato in senso lato, si intendono, inoltre, sia organismi procarioti (=cianobatteri), sia diverse forme di organismi eucarioti. Una caratteristica delle microalghe è la loro elevata plasticità metabolica, che gli permette di adattarsi a diverse condizioni ambientali e di rispondere ai cambiamenti, a volte repentini, dell’ambiente in cui si trovano. Infatti, in risposta a diversi parametri biotici e abiotici, le microalghe sono in grado di produrre una vasta gamma di sostanze che possono poi trovare impiego in diversi settori umani (es. agricoltura, cosmeceutica, nutraceutica, medicina). Per poter utilizzare le microalghe nei vari settori di interesse antropico, bisogna valutarne la crescita in coltura allo scopo di ottenere sufficienti quantità di biomassa, possibilmente in tempi rapidi e con consumi ridotti, e in modo che le biomasse ottenute contengano le sostanze di interesse.

Fasi previste e metodologie
Il progetto prevede tre fasi, non necessariamente consecutive.

La prima fase consisterà nello screening e caratterizzazione di diversi cianobatteri e microalghe per definirne biodiversità e potenzialità. In questa fase potranno essere considerati microorganismi già disponibili presso collezioni pubbliche o private, ma soprattutto microalghe isolate ex-novo da campioni raccolti dall’ambiente, in particolare da ambienti acquatici. L’isolamento di nuovi microorganismi è un processo lungo e delicato, sia perché spesso non è facile isolare un singolo microrganismo dagli altri presenti nella comunità ambientale per poterlo studiare individualmente, sia perché spesso è difficile riprodurre le condizioni dell’ambiente d’origine per farlo crescere in laboratorio. I ceppi isolati verranno messi in coltura e inizialmente identificati rapidamente con il metodo del DNA barcoding. Quelli più promettenti, anche in base a ricerche in letteratura, verranno sottoposti ad una caratterizzazione più completa con indagini morfologiche (microscopia ottica ed elettronica) e molecolari (utilizzando diversi marker e analisi filogenetiche).

Nella seconda fase, i ceppi scelti verranno coltivati e analizzati in diverse condizioni di crescita (es. luce, temperatura, salinità, mezzo di coltura, autotrofia vs. mixotrofia) per determinare il metodo di coltivazione migliore.

Individuati i microorganismi più promettenti relativamente alla crescita, nella terza fase del progetto si procederà a identificare la presenza di composti di interesse nelle biomasse prodotte (caratterizzazione biochimica) e le loro possibili applicazioni.

Al termine del presente progetto di ricerca, si prevede di aver sottoposto a screening diversi ceppi cianobatterici e/o microalgali già presenti in collezioni pubbliche/private, ma non del tutto o solo parzialmente caratterizzati, e/o ceppi isolati ex-novo da diversi ambienti, con un particolare riguardo all’ambiente marino. Per alcuni ceppi si otterrà anche una caratterizzazione morfologica, molecolare, biochimica e fisiologica, al fine di comprenderne la biodiversità e le potenzialità biotecnologiche, in modo da creare una sorta di catalogo utile per il loro possibile sfruttamento in diversi settori di interesse antropico.

L’isolamento ex-novo dall’ambiente di cianobatteri e microalghe di particolare interesse e il loro mantenimento in coltura per lunghi periodi è tra i potenziali risultati attesi, vista la frequente difficoltà di separare certi microrganismi dal resto della comunità biologica in cui si trovano e di riprodurre in condizioni controllate i parametri ambientali chimico-fisici necessari alla loro crescita. Per alcuni ceppi, scelti in base alle loro potenzialità biotecnologiche e alla loro adattabilità alla crescita in laboratorio, si prevede di ottenere informazioni sulle migliori condizioni di coltivazione al fine di produrre biomasse consistenti e contenenti diverse sostanze di interesse applicativo, possibilmente anche riutilizzando matrici di scarto di derivazione agro-industriale in un’ottica di economia circolare.

Lo sfruttamento delle microalghe è da tempo oggetto di ricerca in vari ambiti, anche alla luce degli attuali problemi ambientali e della necessità di trovare nuove risorse, riducendo l’impatto sugli ecosistemi. Infatti, la loro produzione non comporta un consumo di suolo, richiede generalmente un minor sfruttamento di altre risorse (es. l’acqua) e spesso può avvenire sfruttando sostanze di scarto (es. acque reflue e scarti agro-industriali). Gli studi finora effettuati evidenziano, poi, come diverse specie di microalghe siano in grado di sintetizzare sostanze di interesse utilizzabili in diversi settori umani (es. come biofertilizzanti, farmaci, integratori, mangimi) senza (o con scarsi) impatti ambientali, a differenza delle loro controparti di sintesi chimica.

La ricerca proposta si colloca quindi nell’Ambito 5.6 - “Prodotti alimentari, bioeconomia, risorse naturali, agricoltura, ambiente” del PNR 2021-2027 riguardando, in particolare, le Aree 5.6.1 - “Green technologies” e 5.6.3 - “Bioindustria per la bioeconomia”. Il progetto è particolarmente coerente con la Priorità di ricerca 2a dell’Art. 2 dell’Area 5.6.3, che sottolinea l’importanza di valorizzare la “biodiversità terrestre e acquatica per la produzione sostenibile di bioprodotti” e dello “studio delle potenzialità derivanti dalle biorisorse marine, sia come fonte di biomasse e biomolecole sia come serbatoio di biodiversità microbica ed enzimatica”.

Unifarco S.p.A. - Santa Giustina (BL)

Durata: 6 mesi

Il progetto è coerente con l'Ambito di Ricerca e Innovazione 5.6 - "Prodotti alimentari, bioeconomia, risorse naturali, agricoltura, ambiente" del PNR 2021-2027

• Microalghe
• Ambienti acquatici
• Biorisorse
• Biomolecole
• Economia circolare