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Ultimo aggiornamento
10 Settembre 2012


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Bioindustria, per la produzione industriale di vitamine, aminoacidi, enzimi, prodotti alimentari, bevande


 

Introduzione

La produzione industriale di fine chemicals e di prodotti chimici e biochimici pregiati la cui applicabilità è universale passa attraverso l'impiego delle biotecnologie con le quali si possono ottenere prodotti che vanno dai nuovi peptidi antibatterici chiamati bactenecine alla realizzazione di membrane basali artificiali per lo studio dell'invasività e della chemiotassi di cellule tumorali; dalla costruzione di nuovi anticorpi monoclonali attraverso ingegnerizzazione per impieghi diagnostici e terapeutici alla realizzazione di nuovi plasmidi di E. coli da utilizzare in processi fermentativi di notevole interesse per la produzione; dalla realizzazione di biosensori enzimatici ad elevata attività e sensibilità, per numerose applicazioni in campo medico, alimentare, ambientale al clonaggio, espressione, caratterizzazione strutturale e funzionale e di proteine da microrganismi termofili: le cui proteine enzimatiche presentano proprietà biotecnologiche che le rendono ideali per processi di produzione industriale; dalla produzione e caratterizzazione di epidermide e mucose espanse in vitro per la terapia di pazienti grandi ustionati ed in chirurgia plastica ricostruttiva all'identificazione ed isolamento degli antibiocorpi: una novità ai limiti della fantascienza, rappresentata da anticorpi anti-idiotipo esprimenti attività antibiotica.


Strumenti e prodotti

Tutto questo ed altri numerosissimi prodotti sono ottenuti nelle bioindustrie che si avvalgono molto spesso di organismi procarioti od eucarioti per la realizzazione di questi prodotti. In tal senso gli organismi viventi sono utilizzati come specie di bioreattori e da qui il termine "gene farming" o "molecular farming" per indicare proprio quei prodotti che sono ottenuti utilizzando organismi ingegnerizzati. L'utilizzazione di simili organismi ed in particolare quelli eucarioti permette, grazie alle loro elevate capacità di sintesi, una produzioni di farmaci a costi sensibilmente inferiori rispetto a quelli ottenuti attraverso le vie convenzionali. Un esempio geniale che vale la pena riportare riguarda l'utilizzazione di animali transgenici produttori di latte sui quali é stato caricato il gene la cui espressione é limitata alla ghiandola mammaria. In questo modo il principio attivo non é distribuito su tutto il corpo dell'animale e può essere recuperato direttamente dal latte prodotto"giornalmente" dall'animale. È così che alcuni biofarmaci sono stati prodotti; tra questi ricordiamo il fattore che controlla gli angioedemi ereditari, la lattoferrina usata per le infezioni batteriche α-antitripsina che controlla l'enfisema polmonare ed altri ancora. È stato trovato che anche i vegetali sono ottimi candidati per la produzione di biofarmaci e in questo caso con un'interessante caratteristica riguardante la sicurezza rispetto agli animali transgenici poiché è possibile ottenere biofarmaci edibili e molto sicuri poiché le cellule vegetali non ospitano i patogeni dell'uomo. Non solo è così che è stato ottenuta in piante di tabacco transgeniche l'ormone della crescita umano e così molti altri biofarmaci come α- interferone nel riso, le immuniglobuline in tabacco e soia, l'albumina in patata e tante altre ancora. Il futuro sarà quello di incrementare la produzione di biofarmaci per sopperire al fabbisogno mondiale con l'allevamento di animali e la coltivazione di piante fornendo così, anche una valida alternativa alle colture cellulari e ai processi di fermentazione.

In definitiva nell'ambito delle biotecnologie agroalimentari, i prodotti microbiologici ottenuti con tecniche tradizionali od innovative sono in grande espansione. Basta ricordare la possibilità di ottenere prodotti probiotici, soprattutto nel settore lattiero-caseario, caratterizzati dalla presenza di microorganismi vivi che, ingeriti, sono in grado di colonizzare la mucosa dell'intestino ed esercitare effetti benefici sull'ambiente intestinale esercitando quindi funzioni che vanno oltre il normale apporto nutritivo poiché sono in grado di svolgere anche effetti positivi nei confronti di alcune allergie, diarree e dismicrobismi.


L'importanza della ricerca

Tra le bioindustrie, quella agroalimentare rappresenta uno dei campi più importanti di applicazione delle biotecnologie, avvalendosi tradizionalmente di bioconversioni per la trasformazione dei prodotti agricoli. Basti pensare a quanti comuni alimenti sono in realtà prodotti di fermentazione: il pane lievitato, il vino, l'aceto, lo yogurt, i crauti e tanti altri. Negli ultimi anni le ricerche in campo alimentare si sono indirizzate verso l'individuazione di processi di trasformazione sempre più selettivi e specifici e questo è reso possibile dall'uso di enzimi che vengono utilizzati nell'industria alimentare ad esempio nella trasformazione del mais, dei latticini, della carne e nella produzione di bevande. Alcuni tra gli enzimi più importanti sono: l'α amilasi, la glucoamilasi, la glucosioisomerasi per il trattamento di materie prime amidacee e zuccherine, la rennina microbica e chimosina bovina nei processi di caglio del latte, la papaina e la pectinasi per la chiarificazione di bevande ricavate da frutta, lipasi per la degradazione dei grassi e lattasi per la trasformazione dello zucchero del latte, il lattosio, rendendo così il latte adatto al consumo anche per gli individui intolleranti al lattosio. Le tecniche di ingegneria genetica permettono di trasferire i geni relativi a tali enzimi dagli organismi naturali di provenienza (microrganismi, cellule animali o vegetali) ai microrganismi GRAS (Generally Recognized As Safe), ottenendone contemporaneamente quantità significativamente maggiori. Un successo in questo senso è rappresentato dalla chimosina, l'enzima del presame ricavato dallo stomaco di vitello: l'estratto naturale è insufficiente per consentire l'intera produzione mondiale di formaggi, mentre il trasferimento del gene che codifica per l'enzima in un microrganismo ne ha consentito la produzione in grandi quantità.

Il miglioramento di microrganismi che producono enzimi è una via promettente, ma anche l'ingegneria proteica sta contribuendo allo sviluppo del settore delle biotrasformazioni "progettando" enzimi modificati con caratteristiche funzionali migliorate.