I microrganismi nelle biotecnologie

I microrganismi vengono usati nelle biotecnologie in modo inconsapevole fin dalla notte dei tempi. Basti pensare alle fermentazioni alcoliche per la produzione di vino, birra, pane, la fermentazione di formaggi ecc.

Recentemente gli studi di microbiologa applicata, di bio-ingegneria e di biologia molecolare sono stati raggruppati per creare questa nuova disciplina chiamata Biotecnologia, il cui scopo è quello di sviluppare nuovi processi tecnologici e nuovi prodotti basati su basi razionali scientifiche [ 12].

Vi è poi una ricerca mirata di nuove molecole ad attività biologica, ad esempio biomolecole con attività antibiotica, antivirale e chemioterapica nei confronti di cellule tumorali. In una recente review Poli et al., (2017) riportano ad esempio le recenti acquisizioni sulla biodiversità microbica degli ambienti marini estremi e le biomolecole da essi prodotti [13].

Grazie all’esponenziale sviluppo industriale, l’applicazione delle biotecnologie si è diffusa ad una varietà di settori (benessere, ambiente, cibo ecc.), aumentando notevolmente la qualità e la quantità dei prodotti, migliorando la qualità della vita e diventando così un motore importante per la crescita economica. Nella tabella 1 sono riportati i principali enzimi usati dall’industria e gli estremofili produttori.

Tabella 1. Esempi di enzimi ricavati da microrganismi estremofili e loro applicazioni. Estremofili Condizioni di

crescita Enzimi Applicazioni

Termofili 60-80 °C (termofili) Proteasi Detergenti, industria alimentare, della birra, panificazione

Ipertermofili >80 °C (ipertermofili)

Glicosil idrolasi

Degradazione amido, cellulosa, pectina, chitina, industria tessile

e della carta Lipasi, esterasi Detergenti, reazioni stereo

specifiche, biosintesi organica DNA polimerasi PCR

Deidrogenasi Reazioni di ossido-riduzione

Psicrofili <15 °C

Proteasi Detergenti, industria alimentare Glicosil idrolasi

Degradazione amido, cellulosa, pectina, chitina, industria tessile

e della carta

Lipasi Detergenti, industria alimentare e cosmetica

Alofili 2-5 M NaCl Proteasi Produzione di peptidi Deidrogenasi Biocatalisi in solventi organici Alcalofili pH>9 Proteasi, cellulasi Detergenti, industria alimentare

Acidofili pH>3

Amilasi Degradazione amido Proteasi, cellulasi Industria alimentare

Ossidasi Desulfurizzazione del carbone Piezofili Fino a 130 MPa Idrolasi Industria alimentare

Vari Produzione di antibiotici

4. Conclusioni

L’esplorazione degli ambienti estremi è un ambito di ricerca molto affascinante e rappresenta una sfida per la messa a punto di tecnologie sempre più sofisticate per ampliare la conoscenza sulla biodiversità microbica e capire le interazioni dei microrganismi con l’ambiente, la loro evoluzione e il loro metabolismo. Passi da gigante sono stati effettuati negli ultimi anni, grazie soprattutto al miglioramento delle tecniche di sequenziamento genomico, trascrittomico e dei tools

bioinformatici. Tuttavia nonostante il miglioramento delle tecniche

microbiologiche, si stima che sia ancora molto basso il numero di specie microbiche conosciute. Sulla Terra potrebbero vivere quasi 1 trilione (mille miliardi) di specie microbiche, quelle note sono soltanto lo 0,001%.

Inoltre non bisogna dimenticare che solo la coltivazione dei microrganismi permette di avere un quadro completo sulla biologia della specie. Pertanto, è auspicabile che gli studi vengano effettuati con un approccio polifasico, comprendente la contemporanea utilizzazione di tecniche molecolari, colturali e microscopiche. La sfida attuale quindi, è quella di implementare le tecniche

De Leo - La biodiversità microbica di ambienti estremi come risorsa per l'esplorazione di

nuove potenzialità biotecnologiche 52

classiche con quelle molecolari per ottenere il massimo delle informazioni utili sia per la microbiologia di base che per la microbiologia applicata.

Più in generale questi studi possono contribuire a:

• Ampliare l’inventario degli organismi viventi e ricostruire la storia dell’evoluzione.

• Ottenere maggiori informazioni sull’origine della vita e sulla possibilità che la vita esista al di fuori della Terra (esobiologia).

• Ampliare le conoscenze sui meccanismi biochimici, genetici e fisiologici dell’adattamento a diversi ambienti.

• Identificare nuovi metaboliti ed enzimi per applicazioni biotecnologiche. • Sviluppare sistemi genetici per utilizzare i microrganismi come

“fabbriche cellulari”. Bibliografia

[1] Woese, C. R., & Fox, G.E. (1977). Phylogenetic structure of the prokaryotic domain, the primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United

States of America. 74 (11), 5088–5090.

[2] Wollenzien, U., de Hoog, G.S., Krumbein, W.E., Urzì, C. (1995). On the isolation of microcolonial fungi occurring on and in marble and other calcareous rocks. Science of

the Total Environment. 167, 287–294.

[3] Ruisi, S., Barreca, D., Selbmann, L., Zucconi, L., Onofri, S. (2007). Fungi in Antarctica. Reviews in Environmental Science and Biotechnology.

doi:10.1007/s11157-006-9107-y.

[4] Sterflinger, K., Tesei, D., Zakharova, K. (2012). Fungi in hot and cold deserts with particular reference to microcolonial fungi. Fungal Ecology.

doi:10.1016/j.funeco.2011.12.007.

[5] De Leo, F., Antonelli, F., Pietrini, A.M., Ricci, S., Urzì, C. (2019). Study of the euendolithic activity of black meristematic fungi isolated from a marble statue in the Quirinale Palace’s Gardens in Rome, Italy. Facies. doi:10.1007/s10347-019-0564-5. [6] De Leo, F., Lo Giudice, A., Alaimo, C., De Carlo, G., Rappazzo, A.C., Graziano, M.,

De Domenico, E., Urzì, C. (2019). Occurrence of the black yeast Hortaea werneckii in the Mediterranean Sea. Extremophiles. 23, 9-17.

[7] Marchetta, A., Gerrits van den Ende, B., Al-Hatmi, A.M.S., Hagen, F., Zalar, P., Sudhadham, M., Gunde-Cimerman, N., Urzì, C., de Hoog, S., De Leo, F. (2018). Global molecular diversity of the halotolerant fungus Hortaea werneckii. Life. 8(3), 31.

[8] Valentine, D.L. (2007). Adaptations to energy stress dictate the ecology and evolution of the Archaea. Nature Reviews. Microbiology. 5 (4), 316–23.

[9] Garza, D.R., Dutilh, B.E. (2015). From cultured to uncultured genome sequences: Metagenomics and modeling microbial ecosystems. Cellular and Molecular Life

[10] Staley, J.T., Konopka, A. (1985). Measurement of in Situ Activities of Nonphotosynthetic Microorganisms in Aquatic and Terrestrial Habitats. Annual

Reviews of Microbiology. doi:10.1146/annurev.mi.39.100185.001541.

[11] Handelsman, J., Rondon, M.R., Brady, S.F., Clardy, J., Goodman, R.M. (1998). Molecular biological access to the chemistry of unknown soil microbes: A new frontier for natural products. Chemistry and Biology. doi:10.1016/S1074- 5521(98)90108-9.

[12] Buchholz, K., Collins, J. (2013). The roots - A short history of industrial microbiology and biotechnology. Applied Microbiology and Biotechnology. doi:10.1007/s00253- 013-4768-2.

[13] Poli, A., Finore, I., Romano, R., Gioiello, A., Lama, L., Nicolaus, B. (2017). Microbial Diversity in Extreme Marine Habitats and their Biomolecules. Microorganisms. doi:10.3390/microorganisms5020025.

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L’Event Horizon Telescope e la prima “foto”

di un Buco Nero

Tiziana Di Salvo

Dipartimento di Fisica e Chimica – Emilio Segré, Università degli Studi di Palermo

E-mail: tiziana.disalvo@unipa.it

Riassunto. Il 10 aprile 2019 è stata mostrata al mondo la prima

foto dell'orizzonte degli eventi di un buco nero. Si tratta di un risultato scientifico di estrema importanza in quanto rappresenta una conferma della Relatività Generale in campo forte. Tuttavia, la dettagliata interpretazione fisica dell'immagine, necessaria per comprendere correttamente ciò che stiamo vedendo e le implicazioni fisiche, è tutt'altro che semplice e si basa su complessi modelli della regione di emissione a ridosso della cosiddetta "photon sphere" attorno al buco nero. In questa breve nota sarà dapprima illustrata la tecnica interferometrica necessaria per raggiungere la risoluzione spaziale richiesta dalla visualizzazione dell'immagine e gli sforzi tecnologici che sono stati necessari per realizzarla. Verranno quindi illustrati i modelli della regione di emissione che ci consentono di determinare alcuni parametri fisici del buco nero (per esempio la massa e la velocità di rotazione attorno al suo asse o spin) e verranno spiegati i motivi per cui questa immagine allo stato attuale risulta in una ulteriore importante conferma della Relatività Generale.

Abstract. On April 10th, 2019, the first picture of a black hole's

event horizon was shown to the world. This is a scientific result of extreme importance as it represents a confirmation of General Relativity in a strong field regime. However, the detailed physi- cal interpretation of the image, necessary to correctly understand what we are seeing and the physical implications, is anything but simple and is based on complex models of the emission region close to the so-called "photon sphere" around the black hole. In this brief note, the interferometric technique, necessary to achieve the spatial resolution required by the visualization of the image, and the technological efforts that have been necessary to

achieve it will be illustrated. The models of the emission region, that allow us to determine some physical parameters of the black hole (for example the mass and the speed of rotation around its axis or spin), are also explained as well as the reasons why this image at present is a further important confirmation of General Relativity.