Una inedita strada tecnica per la sintesi di molecole complesse dalla CO2 consentirebbe di spostare la produzione dell’amido dalla coltivazione agricola a quella industriale, con impatti dirompenti. 

 

L’amido è il componente principale del grano, nonché un’importante materia prima industriale. Attualmente viene prodotto principalmente da colture come il mais, a partire dalla CO2 attraverso la fotosintesi. Questo processo coinvolge circa 60 reazioni biochimiche e una complessa regolazione fisiologica. L’efficienza di conversione energetica teorica di questo processo è pari a circa il 2%.

Progettare nuovi percorsi, diversi dalla fotosintesi delle piante, per convertire la CO2 in amido è una missione importante per affrontare le moderne sfide dell’umanità, come la crisi alimentare e il cambiamento climatico. Realizzare modalità innovative di approvvigionamento sostenibile di amido e per l’utilizzo di CO2 avrà un impatto significativo nel mondo di oggi.

Con questa convinzione gli scienziati dell’Istituto di Biotecnologia Industriale di Tianjin (TIB) dell’Accademia Cinese delle Scienze (CAS) hanno ideato una via inedita per la sintesi artificiale dell’amido dall’anidride carbonica (CO2). Il nuovo percorso consente di spostare la modalità di produzione dell’amido dalla tradizionale coltivazione agricola alla produzione industriale e apre una nuova strada tecnica per la sintesi di molecole complesse dalla CO2.

Per convertire la CO2 in amido gli scienziati cinesi hanno progettato un sistema chemioenzimatico e una via anabolica dell’amido artificiale composta da sole 11 reazioni principali. Il percorso è stato affrontato con una strategia ‘building block’, in cui i ricercatori hanno integrato moduli catalitici chimici e biologici per utilizzare energia ad alta densità e CO2 ad alta concentrazione, in modo biotecnologicamente innovativo. Il team coinvolto ha proceduto ottimizzando sistematicamente questo sistema ibrido utilizzando la segregazione spaziale e temporale ed affrontando problemi come la concorrenza del substrato, l’inibizione del prodotto e l’adattamento termodinamico. Il percorso artificiale realizzato in Cina è riuscito infine a produrre amido dalla CO2 con un’efficienza 8,5 volte superiore rispetto alla biosintesi dell’amido nel mais. Un grande passo avanti oltre la via naturale, nonché una nuova base scientifica per la creazione di sistemi biologici con funzioni senza precedenti.

“Secondo gli attuali parametri tecnici, la produzione annuale di amido in un bioreattore di un metro cubo equivale teoricamente alla resa annuale di amido dalla coltivazione di 1/3 di ettaro di mais, senza considerare l’input energetico”, ha affermato CAI Tao, autore principale di lo studio. Questo lavoro aprirebbe dunque una interessante opportunità per la produzione industriale di amido da CO2.

“Se il costo complessivo del processo può essere ridotto a un livello economicamente comparabile con la semina agricola, in futuro si prevede di risparmiare oltre il 90% delle terre coltivate e delle risorse di acqua dolce”, ha affermato MA Yanhe, co-autore dello studio.

La produzione di amido a livello industriale aiuterebbe anche ad evitare l’impatto ambientale negativo dell’uso di pesticidi e fertilizzanti, a migliorare la sicurezza alimentare umana, a facilitare una bioeconomia a emissioni zero ed a promuovere la formazione di una società biologicamente sostenibile.