Come un batterio può vivere con il metanolo

Molti chimici stanno attualmente studiando come produrre molecole più grandi dai piccoli composti del carbonio, il metano e il metanolo. Questo perché il metano è abbondante sulla Terra e può essere prodotto anche dalla fermentazione della biomassa negli impianti di biogas. Il metanolo può essere prodotto dal metano. Entrambe le molecole sono semplici e hanno un solo atomo di carbonio. Tuttavia, la sintesi di molecole più grandi con diversi atomi di carbonio è complessa.

Ciò che per i chimici richiede molto tempo, alcuni tipi di batteri possono farlo con facilità. Questi batteri possono utilizzare il metanolo come fonte di carbonio per produrre fonti di energia e materiali da costruzione. Vivono principalmente sulle foglie delle piante e si trovano in gran numero anche su ogni foglia del nostro ambiente. Il batterio più studiato dagli scienziati si chiama Methylobacterium extorquens. I ricercatori guidati da Julia Vorholt, professoressa di microbiologia, hanno ora identificato tutti i geni di cui questo batterio ha bisogno per sopravvivere al metanolo.

I batteri utilizzano i prodotti di scarto delle piante

"Le foglie delle piante producono naturalmente metanolo. Viene prodotto come prodotto di scarto durante la biosintesi della parete cellulare", spiega Vorholt. Analogamente a un veicolo ibrido, che può funzionare sia con la benzina che con l'elettricità, il metanolo può essere utilizzato come carburante. Methylobacterium extorquens A seconda della disponibilità, i batteri utilizzano come nutrienti composti di carbonio più grandi (ad esempio gli acidi carbossilici) oppure il metanolo delle piante. "In modalità metanolo, i batteri possono costruire tutti i composti complessi di cui hanno bisogno a partire da questa piccola molecola. ? un risultato straordinario", afferma Vorholt.

Come gli scienziati sono ora riusciti a dimostrare Methylobacterium extorquens I ricercatori hanno identificato quasi 150 geni che sono specificamente necessari per questa operazione di metanolo. 95 di questi erano precedentemente sconosciuti.

Per trovare questi geni, i ricercatori del gruppo di Vorholt, insieme agli scienziati del gruppo di Beat Christen, professore di biologia sperimentale dei sistemi, hanno creato in laboratorio un buon milione di mutanti batterici. Li hanno posti in un terreno di coltura contenente metanolo da un lato e in un normale terreno di coltura contenente acido succinico dall'altro. Erano particolarmente interessati ai mutanti che crescevano normalmente nel terreno di coltura normale, ma scarsamente o per nulla nel metanolo. Questo comportamento indica che un gene specificamente richiesto per l'uso del metanolo è danneggiato nei mutanti.

"Con il metodo scelto, siamo riusciti a determinare se ogni singolo gene del batterio è necessario per la crescita su metanolo. Siamo quindi riusciti a identificare tutti i geni necessari", spiega Andrea Ochsner, dottoranda del gruppo di Vorholt e prima autrice dello studio pubblicato sulla rivista "Current Biology".

Segnale per passare al metanolo

Uno dei geni appena identificati ha sorpreso particolarmente i ricercatori, poiché in precedenza era noto solo nelle piante e in un gruppo di batteri che producono CO₂ dall'aria. Il gene è l'istruzione per la costruzione di un enzima che produce uno zucchero responsabile dell'emissione di CO₂-L'utilizzo è importante. L'importanza di questo gene in Metilobatterio extorquens non ci sono stati suggerimenti finora.

Tuttavia, come i ricercatori sono riusciti a dimostrare, questo batterio produce anche zucchero, in particolare quando trova il metanolo. A differenza delle piante Metilobatterio extorquens zucchero come materiale da costruzione. Gli scienziati ipotizzano invece che venga utilizzato come segnale per passare al funzionamento del metanolo in presenza di quest'ultimo.

Ora che gli scienziati hanno decifrato il significato di questo gene, vogliono indagare su altri geni appena identificati.

Dare ai microrganismi nuove capacità

Ricerca sulle basi genetiche dei Methylobacterium extorquens è interessante anche per la biotecnologia. Questo batterio viene già utilizzato nei laboratori di ricerca per produrre molecole complesse. Le nuove scoperte potrebbero aiutare a controllare il batterio in modo che produca le molecole desiderate in quantità maggiori.

Poiché ora sono stati identificati tutti i geni rilevanti per la crescita su metanolo, è anche ipotizzabile che questi geni possano essere introdotti in altri microrganismi. In questo modo, anche questi organismi potrebbero avere la capacità di crescere sul metanolo e quindi, in futuro, utilizzare questa materia prima in diversi modi biotecnologici.