Come “domesticare” batteri di interesse agrario e industriale

Il tema della domesticazione è oggetto di numerosi studi a livello di piante e animali, mentre spesso ci dimentichiamo di quella microscopica, ma importantissima, componente data dai batteri.

L’uomo con il proprio lavoro ha progressivamente modificato piante e animali passando da forme selvatiche a varietà domestiche e oggi confrontando il genoma delle specie selvatiche con quello delle varietà domestiche possiamo letteralmente vedere nel loro genoma l’effetto degli interventi della selezione attuata dai nostri antenati.

Cosa è successo invece ai tanti microorganismi che da millenni convivono con noi e da cui deriva la produzione di yogurt, pane, birra e vino? Possiamo trovare tracce di domesticazione anche nel loro genoma?

Una interessante review pubblicata sulla rivista scientifica internazionale Current Biology ha analizzato i dati disponibili sul genoma di lattobacilli e lieviti andando a cercare tracce di domesticazione e il dato interessante e che, nonostante le differenze di complessità, anche i microorganismi adattandosi ad ambienti gestiti dall’uomo si sono “trasformati”.

I microorganismi che oggi usiamo ad esempio per la produzione di latticini, pane e vino presentano evidenti tracce di domesticazione che li ha portati a perdere geni divenuti per loro inutili (tra cui anche geni implicati nella biosintesi di alcuni aminoacidi e nel riparo del DNA) oppure a presentare stabilmente geni accessori per avere una miglior degradazione di lattosio e caseina rispetto ad altri zuccheri che sono più ricorrentemente usati dalle varietà selvatiche.

Ripetendo in laboratorio in condizioni controllate una selezione del batterio Lactococcus lactis per una ottimizzarne la crescita su latte, un team di ricercatori olandesi ha osservato che dopo 1000 generazioni batteriche i ceppi selezionati presentavano mutazioni in quegli stessi geni di cui conosciamo le mutazioni nei ceppi “addomesticati” dai nostri antenati. Interessante è anche il fatto che la domesticazione abbia spesso portato alla comparsa di mutazioni in geni attivi nel sistema denominato mismatch repair, che corregge errori di replicazione che determinano la formazione di nucleotidi male appaiati in seguito alla replicazione del DNA, favorendone un tasso più elevato di mutazioni e una evoluzione accelerata di questi ceppi.

Per quanto concerne il lievito Saccaromyces cerevisiae, sebbene la sua origine o meglio il suo habitat originale sia oggetto di ampie discussioni, i ceppi oggi utilizzati presentano specifici adattamenti. Ad esempio, i ceppi per la produzione di birra si sono specializzati per degradare il maltotriosio, un trisaccaride costituito da tre molecole di glucosio, mentre i ceppi utilizzati per la vinificazione sono particolarmente resistenti a derivati di zolfo e rame, di ricorrente uso nei vigneti.

Perchè può essere utile pensare oggi di ri-domesticare questi microorganismi? Le varietà che sono oggi usate sono molto efficienti, ma in molti casi, come ad esempio nel caso della produzione di vino, vi è una sorta di standardizzazione dei sapori e profumi che possono essere ottenuti, per cui per conquistare nuove nicchie di mercato alcuni produttori stanno provando ad utilizzare ceppi selvatici o varietà non domesticate che però, se da un lato possono portare ad aromi nuovi ed interessanti, non garantiscono l’efficienza di quelli domesticati. 

Combinando oggi genomica e metodiche di genome editing possiamo però definirne noi le vie di domesticazione, così come possiamo pensare di produrre microorganismi utili per nuove applicazioni che possono riguardare non solo il settore agroalimentare, ma anche quello industriale, ad esempio nel campo dei biocarburanti.

 

Riferimento bibliografico:
Jan Steensels, Brigida Gallone, Karin Voordeckers, Kevin J.Verstrepen (2019) Domestication of Industrial MicrobesCurrent Biology, 29, R381-R393

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