Οι επιστήμονες αξιοποιούν βακτηριακό στέλεχος στα κλαδεμένα απόβλητα για βιώσιμα βιολογικά προϊόντα

Περίληψη

Ερευνητές εντόπισαν ένα βακτηριακό στέλεχος, το Rhodococcus sp. 24CO, σε απόβλητα κλαδέματος ελιάς που παράγει αποτελεσματικά ουδέτερα λιπίδια, ιδιαίτερα τριακυλογλυκερόλες, με πιθανές εφαρμογές στη βιοτεχνολογία. Το στέλεχος καταδεικνύει την ικανότητα να μετατρέπει διάφορες πηγές άνθρακα σε προϊόντα υψηλής αξίας, όπως βιοκαύσιμα, απορρυπαντικά, καλλυντικά και φαρμακευτικά συστατικά, προσφέροντας μια βιώσιμη λύση για την αξιοποίηση των ελαιοκομικών αποβλήτων και ενδεχομένως τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.

Ερευνητές από την Αργεντινή και την Ισπανία έχουν καταδείξει τις δυνατότητες ενός βακτηριακού στελέχους σε απόβλητα κλαδέματος ελιάς για βιοτεχνολογικές εφαρμογές. 

The μελέτη, δημοσιευτηκε σε Ζύμωση, βασίζεται σε έρευνα που παρουσιάστηκε το 2022 στο XVII Συνέδριο Γενικής Μικροβιολογίας της Αργεντινής.

Το εν λόγω στέλεχος, Rhodococcus sp. 24CO, μετατρέπει αποτελεσματικά διάφορες πηγές άνθρακα σε ουδέτερα λιπίδια, ιδιαίτερα τριακυλογλυκερόλες, συσσωρεύοντας έως και 47% της βιομάζας του ως διαιτητικό λιπίδιο. 

Η μικροβιακή σύνθεση τριακυλογλυκερόλης έχει λάβει σημαντική προσοχή πρόσφατα λόγω της δυνατότητάς της για παραγωγή βιώσιμων προϊόντα υψηλής αξίας από απόβλητα. Τέτοια προϊόντα περιλαμβάνουν βιοκαύσιμα, απορρυπαντικά, λιπάσματα, καλλυντικά και φαρμακευτικά συστατικά.

Rhodococcus sp. 24CO, απομονώθηκε από τα φύλλα των ποικιλιών Frantoio στην ανατολική ακτή της νότιας Παταγονίας. Πολλοί Ροδόκοκκος Τα είδη αυτά είναι γνωστά για την ικανότητά τους να μετριάζουν την επίμονη και επικίνδυνη ρύπανση, όπως τα φυτοφάρμακα, τα ζιζανιοκτόνα και τα ραδιενεργά υλικά, καθώς και για την ικανότητά τους να μετατρέπουν το φθηνό υπόστρωμα σε πιο πολύτιμες ενώσεις.

Για να αξιολογήσουν τις ιδιότητες και τις δυνατότητες του στελέχους, οι ερευνητές το υπέβαλαν σε διάφορες δοκιμές.

Όταν καλλιεργήθηκε, το 24CO μπορούσε να αναπτυχθεί σε τέσσερις από τις 50 πηγές άνθρακα που εξετάστηκαν, συμπεριλαμβανομένης της φρουκτόζης, της μαννιτόλης, της σορβιτόλης και της αραβιτόλης. Οι δύο πρώτες, που υπάρχουν φυσικά στα φύλλα ελιάς, οδήγησαν σε συσσωρεύσεις τριακυλογλυκερόλης έως και 47% και 28% του κυτταρικού ξηρού βάρους, αντίστοιχα.

Υψηλή παραγωγή ουδέτερων λιπιδίων από μαννιτόλη παρατηρήθηκε επίσης στο άζωτο, κάτι που οι συγγραφείς πιστεύουν ότι είναι μια προηγουμένως μη αναφερόμενη συμπεριφορά και βιομηχανικά σχετική, καθώς υποδηλώνει ότι το στέλεχος θα παρήγαγε υψηλή βιομάζα και, ταυτόχρονα, υψηλές ποσότητες τριακυλογλυκερολών.

Η χημική ανάλυση φρέσκων και αφυδατωμένων εκχυλισμάτων φύλλων από κλαδέματα ελιάς αποκάλυψε υψηλές αναλογίες άνθρακα προς άζωτο, υποδεικνύοντας την καταλληλότητά τους για την παραγωγή λιπιδίων. 

Περαιτέρω καλλιέργειες υποστήριξαν αυτό, αποδίδοντας περισσότερο από 20% του ξηρού βάρους των κυττάρων ως ουδέτερα λιπίδια με το αφυδατωμένο έγχυμα και οκτώ% με το φρέσκο ​​έγχυμα. Οι τριακυλογλυκερόλες που παράγονται με το πρώτο έμοιαζαν με εκείνες από την καλλιέργεια μαννιτόλης.

Εξάλλου, και οι δύο καλλιέργειες ανίχνευσαν μικρές ποσότητες πολυυδροξυβουτυρικού, ενός πολυμερούς ενδιαφέροντος για βιοδιασπώμενο πλαστικό παραγωγή. Ανάλυση γονιδιώματος του Rhodococcus sp. 24CO επιβεβαίωσε τη δυνατότητά του για τη σύνθεση αυτών των πολυμερών.

Η ανάλυση αποκάλυψε περαιτέρω σημαντικές γενετικές διαφορές μεταξύ του 24CO και του Rhodococcus sp. RHA1, ένα από τα καλύτερα μελετημένα μέλη του γένους. Το 24CO δεν διέθετε αρκετά γονίδια που συνδέονται με την οξειδοαναγωγή και τον μεταβολισμό του αζώτου που υπάρχουν στο RHA1, τα οποία συνήθως ενεργοποιούνται υπό συνθήκες παραγωγής λιπιδίων. Η απουσία αυτών των γονιδίων δεν φάνηκε να εμποδίζει τη συσσώρευση λιπιδίων του 24CO, γεγονός που υποδηλώνει εναλλακτικούς ρυθμιστικούς μηχανισμούς.

Παρόλο που το 24CO βρέθηκε να διαθέτει λιγότερα ένζυμα εστέρα κηρού από το RHA1, οι αποδόσεις λιπιδίων του ήταν ίσες ή ανώτερες από αυτές του πρώτου. Αυτό υποδηλώνει ότι τα ένζυμα που είναι υπεύθυνα για τη βιοσύνθεση τριακυλογλυκερόλης σε αυτό το στέλεχος μπορεί να είναι πιο αποτελεσματικά. Ωστόσο, τα ένζυμα της οδού Kennedy ήταν πλήρως παρόντα και είχαν υψηλό πλεονασμό.

Αφού αξιολόγησαν τις κατάλληλες περιβαλλοντικές συνθήκες για το είδος, οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μπορούσε να επιβιώσει και να αναπαραχθεί μεταξύ 4 °C και 30 °C, με βέλτιστη θερμοκρασία 28 °C. 

Πειράματα αλατότητας και pH έδειξαν ότι μπορούσε να ανεχθεί έως και πέντε τοις εκατό κατά βάρος ανά όγκο χλωριούχου νατρίου με τιμή pH από έξι έως δέκα ή ελαφρώς όξινο έως βασικό. 

Οι συγγραφείς σημειώνουν επίσης ότι οι επιφάνειες των φύλλων στην Παταγονία αντιπροσωπεύουν ένα σκληρό περιβάλλον, υπόκειται σε υψηλή υπεριώδη ακτινοβολία, χαμηλά επίπεδα θρεπτικών συστατικών και αποξήρανση.

Αν και πολλές πρωτοβουλίες αποσκοπούσαν στη μείωση και επαναχρησιμοποίηση αποβλήτων ελιάς βρίσκονται σε εξέλιξη, τα περισσότερα απόβλητα κλαδέματος ελιάς εξακολουθούν να καίγονται. 

Μόνο στην Ισπανία, περίπου 1.25 εκατομμύρια μετρικοί τόνοι φύλλων παράγονται ετησίως από το κλάδεμα. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι Rhodococcus sp. 24CO είναι ένας βιώσιμος υποψήφιος για τη μετατροπή αυτής της τεράστιας βιομάζας σε βιώσιμα και πολύτιμα προϊόντα, κυρίως μέσω της βιοσύνθεσης τριακυλογλυκερόλης.

• Κονισέτ
• Μικροβιολογία