Cambiare dieta può fare davvero la differenza. Anche per i batteri.

L’idea poteva sembrare balzana ma il Professor Ron Milo, del Weizmann Institute of Science, era certo che quello studio avrebbe portato alla scoperta di cose importanti. E così è stato.

Dopo 10 anni di lavori, con il concorso di diverse discipline – ingegneria genetica, tecniche avanzate di “lab evolution”, progettazione razionale – sono stati creati dei nuovi batteri chiamati E. coli che consumano CO2. Un risultato che potrebbe aprire tanti nuovi percorsi per cambiare le sorti del nostro Pianeta.

Lo studio è iniziato identificando i geni cruciali per il processo di fissazione del carbonio, il modo in cui le piante prendono il carbonio dalla CO2 per trasformarlo in molecole biologiche come proteine, DNA, ecc.

Molti di questi geni erano già presenti nei batteri, altri potevano essere aggiunti o modificati. I ricercatori hanno anche inserito un gene che consente ai batteri di ottenere energia dal formiato, una sostanza facilmente disponibile che può essere prodotta direttamente dall’elettricità e dall’aria.

Una volta che i batteri coltivati avevano la meccanica genetica necessaria dovevano comunque essere persuasi a passare dal loro normale cibo (zucchero) alla CO2 e il team ha iniziato a eliminare gradualmente lo zucchero che i batteri erano abituati a mangiare.

Ad ogni stadio, ai batteri in coltura veniva somministrato lo zucchero sufficiente per impedir loro di morire di fame e poi, in quantità crescenti, CO2 e formiato. Generazione dopo generazione, i batteri coltivati ricevevano sempre meno zucchero e, dopo circa un anno di adattamento alla nuova dieta, alcuni di loro sono passati a vivere e moltiplicarsi in un ambiente di CO2 pura.

Per verificare che i batteri non si fossero nutriti di altre sostanze i ricercatori hanno alimentato alcuni E. coli con CO2 contenente un isotopo pesante – C13 e hanno pesato le parti batteriche del corpo: gli atomi di carbonio nel corpo dei batteri erano stati tutti estratti direttamente dalla sola CO2.

Il nuovo batterio utilizza il formiato composto come una forma di energia chimica per fissare la CO2 attraverso un processo metabolico sintetico e i ricercatori ritengono che questo traguardo potrebbe essere il punto di partenza per tante nuove applicazioni salutari per il nostro pianeta.

Milo sottolinea che oggi le aziende biotecnologiche utilizzano colture cellulari per produrre prodotti chimici di base. Tali cellule – lieviti o batteri – potrebbero essere indotte a vivere con una dieta a base di CO2 e di altre energie rinnovabili e quindi potrebbero fare a meno delle grandi quantità di sciroppo di mais che utilizzano oggi.

Non solo. I batteri potrebbero essere ulteriormente adattati in modo da prelevare la loro energia non solo da una sostanza come il formiato ma direttamente da altre fonti – elettroni da un collettore solare – e immagazzinarla per un uso successivo come combustibile nella forma di carbonio fissato nelle loro cellule. Tale combustibile sarebbe a emissioni zero se la fonte fosse la CO2 atmosferica.

“Il nostro laboratorio è stato il primo a perseguire l’idea di cambiare la dieta di un eterotrofio normale (uno che mangia sostanze organiche) per convertirlo in autotrofismo (vivere “on air”)”, afferma Milo. “All’inizio sembrava impossibile… alla fine però siamo riusciti a dimostrare che si può davvero fare. I nostri risultati sono una pietra miliare significativa verso il nostro obiettivo di applicazioni scientifiche efficienti e verdi. “

“La progettazione di un ceppo di E. coli in grado di utilizzare fonti energetiche come il formiato, che potrebbe essere sintetizzato elettrochimicamente da energia rinnovabile, apre nuove opportunità per produrre etanolo a emissioni nette zero, butanolo e carburanti potenzialmente anche più densi come i carburanti diesel, che potrebbero sostituire i combustibili fossili”, afferma Yinon Bar-On, ricercatore che ha lavorato al progetto con Milo.

Inoltre, la ricerca potrebbe servire come punto di partenza per sviluppare nuove metodologie per aumentare la produzione alimentare senza il tradizionale vasto impiego di risorse.

“Ridurre la domanda di terra per la produzione alimentare può aiutare a ridurre le emissioni di gas serra associate all’agricoltura, ad esempio riducendo la deforestazione”, spiega Bar-On. “I batteri che consumano CO2 potrebbero anche essere utili nella produzione di proteine alternative, un obiettivo importante nel mondo della tecnologia alimentare.”

“In futuro, potremmo essere in grado di utilizzare l’energia rinnovabile per favorire la fissazione del carbonio e la produzione di proteine in tali batteri”, continua Bar-On. “Questo processo può essere ulteriormente sviluppato per arrivare a produrre proteine da fonti rinnovabili, che potrebbero essere impiegate ad esempio per l’alimentazione del bestiame.”

Non ci sono dubbi: le piante rimangono l’esempio e il modello per eccellenza della sostenibilità e la Ricerca israeliana guarda davvero al futuro. O forse ne è già protagonista. 

Lo studio è stato pubblicato il 27 novembre scorso su Cell.