Piccole alghe, grandi prospettive per la carne coltivata
Come un'alga può aiutare a ridurre i costi dei componenti più onerosi dei terreni di coltura cellulare
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Sono di dimensioni microscopiche e potrebbero svolgere un ruolo sorprendentemente importante nello sviluppo della carne coltivata: le microalghe. Un gruppo di ricerca internazionale ha studiato in che modo l’alga Chlorella BDH-1 possa contribuire a ridurre i costi dei componenti dei terreni di coltura cellulare e a riutilizzare le risorse in un ciclo chiuso. Alla ricerca ha partecipato come coautrice la professoressa Ute Marx dell’Università di Pforzheim. Ha fornito un contributo fondamentale grazie alla sua competenza nella spettroscopia NMR, che consente di analizzare la composizione molecolare di campioni biologici complessi.
La carne coltivata deriva da cellule animali che vengono moltiplicate al di fuori dell’animale in un terreno di coltura ricco di sostanze nutritive. In particolare, gli aminoacidi e il siero hanno reso finora questi terreni un fattore di costo significativo. I ricercatori hanno quindi adottato un approccio insolito: il terreno di coltura cellulare esaurito è stato utilizzato per coltivare la Chlorella BDH-1. Dalla biomassa algale così ottenuta hanno ricavato un estratto da cellule algali disgregate, che è stato successivamente riutilizzato per la coltura di cellule animali.
I risultati sono promettenti. Il terreno di coltura cellulare esaurito ha potuto essere riutilizzato più volte per la coltura di microalghe. Dopo due cicli di riciclaggio di questo tipo, è stata ottenuta una quantità particolarmente elevata di biomassa algale. In determinate condizioni, le cellule animali sono cresciute con l’estratto di alghe più del doppio rispetto a quanto avveniva in un terreno di coltura cellulare convenzionale. Particolarmente interessante è stata la combinazione con la cosiddetta «co-coltivazione», in cui microalghe e cellule animali vengono coltivate insieme. Ciò ha permesso di ridurre del 50 per cento le quantità di aminoacidi e siero aggiunti, che, in quanto componenti importanti del terreno di coltura cellulare, favoriscono la crescita delle cellule. Allo stesso tempo, la proliferazione cellulare è aumentata di circa il 40%. Con l’ausilio della spettroscopia NMR, Ute Marx ha analizzato quali preziose sostanze nutritive siano contenute nell’estratto di alghe e quali di queste vengano effettivamente assorbite dalle cellule animali. Le analisi forniscono indicazioni su quali componenti siano importanti per la crescita delle cellule e su come l’estratto di alghe possa essere utilizzato in modo mirato come alternativa ai componenti tradizionali dei terreni di coltura cellulare.
«Ciò che mi affascina di questa ricerca è che, grazie alla spettroscopia NMR, possiamo rendere visibili quali sostanze sono presenti nell’estratto di alghe e quali di queste vengono effettivamente assorbite dalle cellule. In questo modo possiamo scoprire, passo dopo passo, quali componenti sono particolarmente importanti per la crescita cellulare», spiega la professoressa Ute Marx. «La combinazione di analisi, biologia cellulare e biotecnologia delle alghe apre prospettive interessanti per una coltura cellulare più rispettosa delle risorse». La ricerca sta suscitando interesse anche a livello internazionale. L’Australian Financial Review ha riportato i lavori dell’Università del Queensland, sottolineando il potenziale delle microalghe nel rendere più redditizia la produzione di carne coltivata. In Australia si sta già lavorando al trasferimento dei risultati della ricerca su scale produttive più ampie.
Per la professoressa dott.ssa Ute Marx, lo studio rappresenta un ulteriore successo della collaborazione internazionale. La dottoressa lavora a stretto contatto con il gruppo di ricerca del professor Ben Hankamer (direttore del Centre for Solar Biotechnology presso l’Institute for Molecular Bioscience) dell’Università del Queensland in Australia, di cui fa parte anche la dott.ssa Melanie Oey. Da questa collaborazione sono già scaturite diverse pubblicazioni scientifiche sottoposte a revisione paritaria. La dott.ssa Oey, che dirige il progetto descritto, è stata ospite dell’Università di Pforzheim già ad aprile, dove ha tenuto una conferenza.
«La ricerca congiunta con Melanie Oey dimostra quanto sia proficua la nostra collaborazione. Lo scambio unisce diverse prospettive scientifiche e apporta continuamente nuovi stimoli alla nostra ricerca», afferma Ute Marx. La collaborazione di lunga data con il gruppo di ricerca del professor Ben Hankamer consente uno scambio internazionale continuo e unisce diverse competenze nei campi della biotecnologia, della biologia cellulare e dell’analisi.
Lo studio fornisce una base importante per ulteriori indagini sulla scalabilità tecnica e la redditività dell’approccio. Dimostra che le microalghe non solo sono interessanti come fonte proteica, ma potrebbero anche contribuire a utilizzare in modo più efficiente i nutrienti nei futuri sistemi di coltura cellulare.
Il legame tra la carne coltivata e la tecnologia medica è ancora più stretto: entrambi i settori utilizzano processi di coltura cellulare simili. Le cellule animali vengono moltiplicate in condizioni controllate e possono essere coltivate in modo mirato in bioreattori per ottenere tessuto muscolare e adiposo. Metodi simili vengono impiegati nella medicina rigenerativa, ad esempio nello sviluppo di tessuti cutanei e cartilaginei o, in prospettiva, negli organi artificiali. Nonostante gli obiettivi diversi, entrambi i settori traggono vantaggio l’uno dall’altro nella ricerca. In entrambi i casi si tratta di fornire alle cellule un apporto ottimale di sostanze nutritive in condizioni controllate, di regolarne la crescita in modo mirato e di sviluppare procedure adeguate per il trasferimento dal laboratorio a sistemi più grandi o più complessi.
Il lavoro di ricerca rappresenta quindi un approccio che coniuga i fondamenti delle scienze naturali con le applicazioni tecnologiche. È proprio in questa interfaccia che si colloca anche il corso di laurea in Ingegneria medica presso l’Università di Pforzheim: gli studenti imparano ad affrontare problematiche biologiche e mediche con metodi ingegneristici e a sviluppare da queste soluzioni innovative per il settore sanitario.
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