I batteri sono da tempo riconosciuti come piccole centrali elettriche, ma ora gli scienziati stanno acquisendo una comprensione più profonda di come catturano l’anidride carbonica, una conoscenza che potrebbe rivoluzionare le soluzioni al cambiamento climatico. I ricercatori dell’Università di Liverpool e dell’Università di Newcastle hanno decifrato il codice sui carbossisomi, compartimenti microscopici all’interno dei batteri che agiscono come fabbriche in miniatura per la cattura del carbonio.
Il loro studio rivoluzionario, pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences, rivela l’intricata struttura di queste “nanomacchine” con dettagli senza precedenti. I carbossisomi sono essenziali per il ciclo globale del carbonio perché concentrano e convertono la CO₂ in forme utilizzabili, consentendo a molti batteri di prosperare anche in ambienti in cui questo gas vitale è scarso.
Per decenni, gli scienziati hanno lottato per individuare esattamente come un enzima chiave all’interno dei carbossisomi, chiamato anidrasi carbonica (CsoSCA), si assembla e funziona all’interno di questi compartimenti a base proteica.
Utilizzando tecniche all’avanguardia come la microscopia crioelettronica, ovvero l’acquisizione di “istantanee” ultra dettagliate di molecole con una risoluzione quasi atomica, il team ha visualizzato la CsoSCA da un batterio modello chiamato Halothiobacillus neapolitanus. Hanno scoperto che l’enzima forma un’insolita struttura esagonale (come sei cerchi uniti) ed è racchiuso all’interno del guscio del carbossisoma attraverso interazioni flessibili e non specifiche con le proteine del guscio. Questa scoperta ha messo in discussione le ipotesi precedenti su come questo enzima fosse ancorato al suo posto.
Lo studio ha anche scoperto una sorprendente connessione tra CsoSCA e Rubisco, un altro enzima cruciale coinvolto nella fissazione della CO₂. Questa interazione suggerisce che i batteri hanno sviluppato un approccio modulare “kit di strumenti” per costruire queste macchine per la cattura del carbonio, ottimizzando la loro efficienza disponendo attentamente gli enzimi all’interno del carbossisoma.
Progettare i progetti della natura per un futuro sostenibile
Comprendere questo intricato processo di assemblaggio fornisce un modello per la bioingegneria e l’innovazione climatica. Immagina di sfruttare la potenza di queste nanomacchine presenti in natura per:
- Aumentare la resa dei raccolti: Migliorare la fissazione di CO₂ nelle piante, portando ad un aumento della produzione agricola e mitigando potenzialmente i problemi di sicurezza alimentare legati al cambiamento climatico.
- Progettare materiali innovativi: Creare nanomateriali di design che fungano da catalizzatori altamente efficienti per vari processi industriali, riducendo la dipendenza dai combustibili fossili.
- Sviluppa biosensori di nuova generazione: costruisci biosensori sensibili in grado di rilevare e monitorare i livelli di CO₂ nell’ambiente o all’interno dei sistemi biologici.
Sebbene questa ricerca fornisca una comprensione fondamentale dell’organizzazione dei carbossisomi, ulteriori indagini esploreranno il modo in cui queste minuscole fabbriche funzionano nelle cellule viventi e ottimizzeranno i carbossisomi sintetici per applicazioni nel mondo reale.
Combinando tecniche di imaging avanzate con una sofisticata ingegneria molecolare, i ricercatori mirano a perfezionare questi modelli e sviluppare gusci artificiali in grado di incapsulare concentrazioni ancora più elevate di enzimi catalitici, sbloccando tutto il potenziale dell’ingegnosa tecnologia di cattura del carbonio della natura per un futuro più sostenibile.
