Si chiama Limnoria quadripunctata, ed è un parente lontano dei gamberi e delle mazzancolle, l’organismo che racchiude nel suo intestino le possibili chiavi per abbattere il costo di produzione dell’etanolo di seconda generazione. È comune nelle acque fredde del Nord dell’Atlantico ed assieme ai suoi cugini, Limnoria tripunctata e Limnoria lignorum, è responsabile dei danni a pontili, moli, briccole e altre opere marine costruite in legno.
Nel Mediterraneo esiste una specie affine, Limnoria mazzellae, che si nutre dell’erba marina Posidonia oceanica. Tutti i crostacei della famiglia Limnoridae si caratterizzano per la piccolissima taglia (in genere attorno ai 4 mm) ma un gruppo di scienziati, statunitensi ed inglesi, ha scoperto una peculiarità molto più interessante, che accomuna le 56 specie componenti della famiglia, producono degli enzimi utili a digerire la struttura della cellulosa.
Il rapporto del loro studio è stato pubblicato su Proceedings of the national Academy of sciences of the United States of America; la ricerca è stata finanziata dal Doe, Department of energy, per quanto riguarda le attività del gruppo americano, e dal Bbbsrc, Britain's biotechnology and biological science research council, per quanto riguarda l’attività del gruppo inglese.
La strabiliante biologia dei crostacei Limnoria
Esistono molti altri animali che si nutrono di sostanze cellulosiche, essendo i più conosciuti quelli a noi utili (i ruminanti) o quelli che reputiamo dannosi, come le termiti, la Xylella e gli insetti xilofagi in generale. Perché dunque i riflettori della comunità scientifica sono puntati sui Limnoridae? Per poter capirlo è necessario considerare lo stato dell’arte nella produzione di bioetanolo.
Sappiamo che i ruminanti e gli insetti xilofagi in realtà non sono capaci di digerire la cellulosa da soli: hanno bisogno di una relazione simbiotica con funghi microscopici e batteri, i quali si annidano negli intestini degli animali e producono gli enzimi responsabili della rottura della cellulosa in molecole più semplici, gli zuccheri, dai quali traggono nutrimento sia i batteri che l’animale ospitante.
Finora l’industria dell’etanolo di seconda generazione, cioè quello prodotto da scarti lignocellulosici, anziché da colture zuccherine, si basa sull’utilizzo di enzimi estratti da funghi microscopici e batteri, chiamati genericamente cellulasi. Esistono non meno di cinque tipi diversi di cellulasi, ma la limitazione di tali enzimi è che, per poter funzionare, necessitano di grandi quantità di acqua. Pertanto, la soluzione zuccherina che si ottiene dalla decomposizione enzimatica delle biomasse cellulosiche è molto diluita e di conseguenza lo sarà anche la soluzione alcolica risultante dalla sua fermentazione. In definitiva, per poter ricavare un litro di alcol è necessario distillare dai 10 ai 50 litri di soluzione, un’operazione che richiede grandi investimenti in fermentatori e distillatori molto grandi, e un enorme dispendio di energia termica per riscaldare una grande quantità di acqua inutile, la quale alla fine deve essere trattata in qualche modo perché molto inquinante. Un'altra limitazione delle cellulasi fungine è che in genere la loro attività catalitica si vede inibita dall’eventuale presenza di sali e minerali, inevitabile però in tutti i tessuti vegetali, nei quali circa il 3% è costituito da idrossidi di potassio, di magnesio e di calcio, con tracce di ferro e manganese. Gli scienziati britannici hanno trovato che lungo l’intero corpo dei Limnoridae si estende una ghiandola chiamata epatopancreas, la quale accomuna le funzioni del fegato e del pancreas degli animali superiori.
L’epatopancreas produce un particolare tipo di cellulasi, chiamato 7-cellobioidrolasi e abbreviato in Cel7B, che potrebbe causare una vera rivoluzione nelle industrie dei biocarburanti e della digestione anaerobica. La Cel7B ha una struttura molecolare diversa da quella delle cellulasi ricavate dai funghi, per cui è chimicamente attiva anche in soluzioni saline fino a sei volte più concentrate dell’acqua di mare. Secondo gli studi in corso, sembra che ci siano addirittura tre varianti di Cel7B negli intestini della Limnoria, le cui strutture molecolari sono state rivelate mediante la tecnica conosciuta come diffrazione di raggi X.
Foto 2: un esemplare di Limnoria si nutre di legno. È stato riscontrato che la specie Limnoria tripunctata è capace di digerire perfino il legno trattato con creosoto, in quanto il suo intestino ospita batteri simbiotici capaci di degradare detto biocida
Conseguenze e futuro della scoperta
L’impiego di Cle7B consentirebbe di saccarificare le biomasse lignocellulosiche utilizzando reattori molto più piccoli di quelli attuali e poca acqua. In altri termini ciò significa: notevoli riduzioni dei costi di investimento e di operazione delle distillerie di bioetanolo, nonché un bilancio energetico e ambientale più favorevole, e quindi un prodotto finale ecosostenibile. L’utilizzo di Cel7B negli impianti di biogas faciliterebbe la conversione in biometano di sostanze “difficili” quali ad esempio: canne, sorgo da fibra, residui di lavorazione della canapa e del cotone, sfalci e similari, poiché attualmente risulta costosa se realizzata con gli enzimi disponibii in commercio.
Infine, la rivoluzione della Cel7B avrebbe profonde ripercussioni politiche: se e quando la sua produzione su larga scala diventerà fattibile, allora le tabelle sulle emissioni dei gas serra dovranno essere aggiornate, affinché i governi possano definire adeguate politiche d’incentivazione del bioetanolo nell’economia. Le attuali tabelle invece si basano sui processi industriali esistenti, ovvero di prima e di seconda generazione.
Foto 3: struttura in 3D dell’enzima Cel7B ottenuta dallo studio di diffrazione ai raggi X.
Nel Mediterraneo esiste una specie affine, Limnoria mazzellae, che si nutre dell’erba marina Posidonia oceanica. Tutti i crostacei della famiglia Limnoridae si caratterizzano per la piccolissima taglia (in genere attorno ai 4 mm) ma un gruppo di scienziati, statunitensi ed inglesi, ha scoperto una peculiarità molto più interessante, che accomuna le 56 specie componenti della famiglia, producono degli enzimi utili a digerire la struttura della cellulosa.
Il rapporto del loro studio è stato pubblicato su Proceedings of the national Academy of sciences of the United States of America; la ricerca è stata finanziata dal Doe, Department of energy, per quanto riguarda le attività del gruppo americano, e dal Bbbsrc, Britain's biotechnology and biological science research council, per quanto riguarda l’attività del gruppo inglese.
La strabiliante biologia dei crostacei Limnoria
Esistono molti altri animali che si nutrono di sostanze cellulosiche, essendo i più conosciuti quelli a noi utili (i ruminanti) o quelli che reputiamo dannosi, come le termiti, la Xylella e gli insetti xilofagi in generale. Perché dunque i riflettori della comunità scientifica sono puntati sui Limnoridae? Per poter capirlo è necessario considerare lo stato dell’arte nella produzione di bioetanolo.
Sappiamo che i ruminanti e gli insetti xilofagi in realtà non sono capaci di digerire la cellulosa da soli: hanno bisogno di una relazione simbiotica con funghi microscopici e batteri, i quali si annidano negli intestini degli animali e producono gli enzimi responsabili della rottura della cellulosa in molecole più semplici, gli zuccheri, dai quali traggono nutrimento sia i batteri che l’animale ospitante.
Finora l’industria dell’etanolo di seconda generazione, cioè quello prodotto da scarti lignocellulosici, anziché da colture zuccherine, si basa sull’utilizzo di enzimi estratti da funghi microscopici e batteri, chiamati genericamente cellulasi. Esistono non meno di cinque tipi diversi di cellulasi, ma la limitazione di tali enzimi è che, per poter funzionare, necessitano di grandi quantità di acqua. Pertanto, la soluzione zuccherina che si ottiene dalla decomposizione enzimatica delle biomasse cellulosiche è molto diluita e di conseguenza lo sarà anche la soluzione alcolica risultante dalla sua fermentazione. In definitiva, per poter ricavare un litro di alcol è necessario distillare dai 10 ai 50 litri di soluzione, un’operazione che richiede grandi investimenti in fermentatori e distillatori molto grandi, e un enorme dispendio di energia termica per riscaldare una grande quantità di acqua inutile, la quale alla fine deve essere trattata in qualche modo perché molto inquinante. Un'altra limitazione delle cellulasi fungine è che in genere la loro attività catalitica si vede inibita dall’eventuale presenza di sali e minerali, inevitabile però in tutti i tessuti vegetali, nei quali circa il 3% è costituito da idrossidi di potassio, di magnesio e di calcio, con tracce di ferro e manganese. Gli scienziati britannici hanno trovato che lungo l’intero corpo dei Limnoridae si estende una ghiandola chiamata epatopancreas, la quale accomuna le funzioni del fegato e del pancreas degli animali superiori.
L’epatopancreas produce un particolare tipo di cellulasi, chiamato 7-cellobioidrolasi e abbreviato in Cel7B, che potrebbe causare una vera rivoluzione nelle industrie dei biocarburanti e della digestione anaerobica. La Cel7B ha una struttura molecolare diversa da quella delle cellulasi ricavate dai funghi, per cui è chimicamente attiva anche in soluzioni saline fino a sei volte più concentrate dell’acqua di mare. Secondo gli studi in corso, sembra che ci siano addirittura tre varianti di Cel7B negli intestini della Limnoria, le cui strutture molecolari sono state rivelate mediante la tecnica conosciuta come diffrazione di raggi X.
Foto 2: un esemplare di Limnoria si nutre di legno. È stato riscontrato che la specie Limnoria tripunctata è capace di digerire perfino il legno trattato con creosoto, in quanto il suo intestino ospita batteri simbiotici capaci di degradare detto biocida
Fonte immagine: Renewable Energy World
Conseguenze e futuro della scoperta
L’impiego di Cle7B consentirebbe di saccarificare le biomasse lignocellulosiche utilizzando reattori molto più piccoli di quelli attuali e poca acqua. In altri termini ciò significa: notevoli riduzioni dei costi di investimento e di operazione delle distillerie di bioetanolo, nonché un bilancio energetico e ambientale più favorevole, e quindi un prodotto finale ecosostenibile. L’utilizzo di Cel7B negli impianti di biogas faciliterebbe la conversione in biometano di sostanze “difficili” quali ad esempio: canne, sorgo da fibra, residui di lavorazione della canapa e del cotone, sfalci e similari, poiché attualmente risulta costosa se realizzata con gli enzimi disponibii in commercio.
Infine, la rivoluzione della Cel7B avrebbe profonde ripercussioni politiche: se e quando la sua produzione su larga scala diventerà fattibile, allora le tabelle sulle emissioni dei gas serra dovranno essere aggiornate, affinché i governi possano definire adeguate politiche d’incentivazione del bioetanolo nell’economia. Le attuali tabelle invece si basano sui processi industriali esistenti, ovvero di prima e di seconda generazione.
