Biocarburanti di 4° Generazione ma non solo. 44 Progetti di ricerca per sequenziare il DNA di altrettanti esseri viventi, dalla produzione di biocarburanti alla fitodepurazione e oltre. Può la genetica essere al servizio dell’ambiente?

Scritto da Redazione - GenitronSviluppo.com in Energia, Energie rinnovabili

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Biocarburanti di 4° Generazione ma non solo. 44 Progetti di ricerca per sequenziare il DNA di altrettanti esseri viventi, dalla produzione di biocarburanti alla fitodepurazione e oltre. Può la genetica essere al servizio dell’ambiente?

Pubblicato il giorno 04 luglio 2008 - Nessun commento



   


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Il Joint Genome Institute annuncia per il 2009, 44 progetti di ricerca sul genoma di altrettanti microrganismi e vegetali concentrati tutti sulla produzione di biocarburanti e applicazioni di tipo ambientale. Nel continuo sforzo di sfruttare il mondo animale e vegetale per la produzione di biocarburanti di 4° generazione il DOE Joint Genome Institute (JGI) ha annunciato il suo ultimo portafoglio di progetti di sequenziamento del DNA di diversi microrganismi selezionati da quasi 150  proposte ricevute dalla Community Sequencing Program (CSP) e che rappresentano 60 miliardi di nucleotidi di dati che verranno creati da questa campagna di campionamento, grosso modo l'equivalente di 20 genomi umani.

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Da microrganismi dell'Amazzonia a funghi esotici microscopici, tutto il sequenziamento del DNA dei microrganismi verrà concentrato al fine di eseguire uno screening dei meccanismi biologici che possono presentare caratteristiche promettenti per la produzione iper-efficienti di bioenergia, combustibili sostenibili, enzimi e "servizi" per l'ecosistema come la cattura di CO2, biomateriali o tecnologie biomediche.

I progressi scientifici e tecnologici consentono così una vasta raccolta di informazioni che promettono di accelerare quel percorso di avvicinamento completo ad un utilizzo di energia pulita e rinnovabile offrendo anche una migliore e completa comprensione del ciclo globale del carbonio. Il progetto di sequenziamento riguarderà vegetali e microrganismi che popolano i diversi ambienti terrestri dal Loblolly Pine, pietra angolare per gli USA nell'industria della biomassa al fitoplancton che popola gli oceani. Con le nuove strategie di sequenziamento, spiega Eddy Rubin direttore del DOE JGI, che lo scoraggiante sequenziamento del genoma del Loblolly Pine o Pinus taeda, sta diventando ora possibile, l'importanza di questa pianta infatti è fondamentale se pensiamo che rappresenta circa il 75% di tutti gli alberi piantati ogni anno negli USA. La sua capacità di convertire in modo efficiente CO2 in biomassa, hanno fatto del Loblolly Pine una materia prima a basso costo per la produzione i biocarburanti a base cellulosica, risultando essere un promettente strumento per limitare i livelli di gas nell'atmosfera catturando CO2.

A causa della complessità dell'enorme genoma del pino americano, il progetto avrà inizio con uno sforzo mirato a comprenderne in primis la struttura. Il progetto poi guidato da Daniel Peterson della Mississippi State University avrà il compito di studiare un programma genetico per migliorare la produzione di biomassa del Loblolly Pine e di cattura di CO2 in modo da ottenere una materia prima per una fonte di energia rinnovabile ad alta qualità.

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Il CSP ha selezionato anche una piccola pianta acquatica, la Spirodela polyrrhiza una sorta di lenticchia d'acqua, che misura meno di 10mm. Tuttavia la sua utilità è molteplice: innanzitutto è un filtro naturale in grado di ripulire e depurare le acque reflue, è una fabbrica di proteine adatta come mangimi per animali, assorbe una grande quantità di CO2 così come risulta essere un'ottima base di modello evolutivo per la ricerca. La Spirodela polyrrhiza produce biomassa più velocemente di qualsiasi altra pianta oltre a carboidrati e la sua biomassa è facilmente trasformabile in zuccheri fermentabili e riutilizzabili con enzimi per la produzione di etanolo. Inoltre la Spirodela polyrrhiza  offre diversi vantaggi ambientali come abbiamo visto ripulendo le acque reflue estraendo in modo efficiente gli eccessi di azoto e di fosfati oltre ad altre sostanze inquinanti. La Spirodela polyrrhiza inoltre crescendo negli stagni riduce efficacemente la crescita di alghe (per il suo effetto di copertura "ombreggiando" la superficie dell'acqua) ma riduce anche batteri coliformi, larve di zanzara, metalli pesanti oltre ad una serie di degradanti organici, alogenati e composti fenolici pur mantenendo il pH costante e facilitando la crescita di fauna acquatica.

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Il DOE JGI inoltre ha selezionato complesse comunità microbiche vivono isolate dall'ambiente o risiedono all'interno di un grande organismo più grande come nel caso del Bankia setacea, un bivalvo marino soprannominato "termite del mare". Questi animali infatti sono in grado di nutrirsi esclusivamente di legno, utilizzando un efficiente sistema digestivo biologicamente in simbiosi con queste comunità microbiche in grado di consumare il legno grazie ad enzimi diventando potenzialmente molto utili a fini commerciali per una bioconversione di cellulosa da legno per etanolo. Le analisi del genoma di questi microbi fornirà importanti intuizioni nella composizioni e nel funzionamento di questo singolare batterio degradante della cellulosa, consentendo inoltre un confronto con il recentemente sequenziato batterio simbionte delle termiti. A differenza di quest'ultimo, il batterio proveniente dai bivalvi marini realizzerebbe una completa degradazione della cellulosa grazie ad un semplice "consorzio" cellulare fra microbi connessi fra loro.

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La più abbondante fonte di carbonio come sappiamo è la biomassa vegetale, composta principalmente da cellulosa, emicellulosa e lignina. Molti microrganismi sono in grado di utilizzare questi composti come fonte di energia ma un piccolo gruppo di funghi filamentosi si è evoluto con le capacità di de-polimerizzare la lignina, il più recalcitrante componente della biomassa vegetale. Ceriporiopsis subvermispora nota anche come muffa bianca, questo fungo possiede la capacità unica di scomporre la lignina in modo efficiente, già altri funghi (Pleurotus ostreatus o il P. Chrysosporium) sono stati sequenziati per capire come potessero decomporre la lignina in modo efficiente (vedi anche "Come i funghi salveranno il mondo. Scoprire la micologia da Paul Stamets, out sider del mondo accademico, così le caratteristiche, le proprietà e l'importanza dei funghi per la natura e forse per l'uomo").

Il CSP ha selezionato così esseri viventi da tutti i tre rami della vita: eucarioti (piante e funghi), batteri e Archaea, come il Desulfurococcus fermentans, isolato nella penisola del Kamchatka è l'unico archaeon che digerisce la cellulosa ma a differenza della maggior parte di enzimi noti che effettuano la fermentazione, produrrebbero idrogeno in presenza di idrogeno senza inibizioni alla crescita. Un'indagine genomica comparativa risolverà così i dettagli che distinguono il Desulfurococcus fermentans.

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L'uso di microbi per generare energia elettrica direttamente dalla biodegradazione di rifiuti organici in celle a combustibile è una tecnologia che promette moltissimo. Il Caroline S. Harwood University of Washington  ha così proposto il sequenziamento del Rhodopseudomonas palustris utilizzato per la generazione di energia elettrica, contribuendo a mettere in evidenza il meccanismo alla base di questo insolito batterio. Un censimento del sottosuolo delle comunità microbiche ad Hanford, sito adiacente al fiume Columbia è stato proposto da Allan Konopka e un gruppo multidisciplinare del Pacific National Laboratory. L'obiettivo è di determinare la composizione e le attività della comunità microbica del sottosuolo in microambienti e in zone di transizione che eserciterebbero un'influenza determinante per lo smaltimento di contaminanti.

La lista completa del sequenziamento dei progetti del CSP si può trovare [qui].

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