Siamo lieti di offrire una panoramica sui processi metabolici di Bacillus subtilis, un batterio chiave in diversi ecosistemi e applicazioni biotecnologiche.
Bacillus subtilis: Un Protagonista Nascosto
Bacillus subtilis dà il "via" con le sue spore ultraresistenti. Grazie al perfetto bilanciamento di nutrienti presente nella matrice organo-minerale, le spore germinano in poche ore e colonizzano la superficie di sabbia, rocce e substrati. Queste inoltre rilasciano un primo getto di proteasi e amilasi che pre-digeriscono le micro-particelle organiche, evitando che generino NH₃.
In questo contesto, è utile considerare il ruolo dei Microrganismi Efficaci (EM), che appartengono principalmente al gruppo anaerobio e sono tutti del tipo rigenerativo. Aiutano quindi a tenere sotto controllo i microrganismi patogeni in diversi ambiti, migliorando la qualità ambientale, la produzione agricola, e la salute di umani e animali.
Vie Metaboliche Chiave
Il metabolismo microbico è ampiamente eterogeneo, rendendo potenzialmente possibile ottenere un’ampia gamma di prodotti. Sfruttando il metabolismo anaerobico è, per esempio, possibile ottenere prodotti accumulati spontaneamente dalle cellule microbiche, quali gli acidi lattico, propionico e butirrico. Diverso significato hanno invece i prodotti del metabolismo aerobico, che occupano una posizione importante nel mercato dei prodotti ottenibili da microrganismi.
I prodotti del metabolismo primario, essenziali per la vita e la riproduzione della cellula, possono essere suddivisi in diverse classi in funzione delle loro caratteristiche. Tra questi prodotti sono comprese le stesse cellule e i loro costituenti, nonché gli intermedi metabolici, che possono essere prodotti in eccesso rispetto alle esigenze fisiologiche e accumulati all’interno o all’esterno della cellula.
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Prodotti del Metabolismo di Bacillus subtilis
La classe di prodotti più facilmente ottenibile è costituita dalle biomasse cellulari, risultato di reazioni degradative-energetiche (catabolismo) e assimilative-biosintetiche (anabolismo), ottenute in funzione del loro contenuto o della loro attività. Le biomasse microbiche vengono utilizzate integralmente per l’alimentazione animale o come integratori dietetici per l’uomo, per il loro contenuto in proteine, vitamine e sali minerali, e sono ottenute grazie all’impiego, come substrati di sottoprodotti del settore agro-industriale o di surplus agricoli.
A questa classe appartengono i prodotti finali o intermedi del metabolismo energetico, che vengono prevalentemente riversati all’esterno della cellula, nel mezzo colturale, dal quale avviene l’estrazione e la purificazione. Questi prodotti possono derivare dal metabolismo anaerobico, come prodotti finali, per esempio acido lattico da Lactobacillus, acido propionico da Propionibacterium e acido butirrico da Clostridium.
Enzimi Prodotti da Bacillus subtilis
L’amilasi è stato il primo enzima prodotto industrialmente, negli Stati Uniti. Anche per gli enzimi, l’eterogeneità del metabolismo microbico e l’ampia variabilità tra i diversi generi e specie sono alla base della potenzialità di sviluppo dei processi per l’ottenimento di enzimi con specifiche attività catalitiche.
Le amilasi di origine microbica attualmente disponibili sono in prevalenza di origine batterica (da ceppi di diverse specie del genere Bacillus quali B. subtilis, B. amyloliquefaciens, B. stearothermophilus, B. licheniformis) e fungina (da molti generi tra i quali Aspergillus, Penicillium, Mucor e Rhizopus). In funzione del tipo di attività svolta dalle amilasi sull’amido, si possono ottenere prodotti diversi quali destrine, maltosio e glucosio.
Applicazioni Biotecnologiche
L’uso biotecnologico dei microrganismi ha radici antichissime, in particolare per le cosiddette biotecnologie classiche che sfruttano i microrganismi per la trasformazione spontanea delle materie prime alimentari. L’identificazione degli agenti responsabili di tali processi è all’origine delle moderne biotecnologie, sistemi di trasformazione pilotati e controllati che hanno avuto un vorticoso sviluppo nel corso degli ultimi due secoli.
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Fermentazione di Precisione
Nella fermentazione di precisione i microrganismi vengono programmati geneticamente e coltivati in bioreattori per produrre una sostanza utile, come un enzima, una vitamina o un aroma. Il microrganismo serve solo per “fabbricare” il prodotto finale. Quando si parla di Organismi Geneticamente Modificati o OGM , spesso si pensa a piante come il mais o la soia, il cui DNA è stato modificato direttamente. Quindi la pianta stessa contiene geni modificati e questi restano anche nei prodotti finali (es. farina di mais OGM).
Nella fermentazione di precisione invece non è il prodotto finale ad essere geneticamente modificato, ma solo i microrganismi usati per produrlo. Alla fine del processo infatti, si estrae solo la sostanza d’interesse, senza portarsi dietro il DNA del microrganismo modificato.
Agricoltura Cellulare
L’agricoltura cellulare è una tecnologia che mira alla produzione di carne coltivata o pesce coltivato ed altri derivati animali a partire da coltivazioni cellulari, anziché da allevamenti animali. Tali cellule possono essere sia cellule animali sia microrganismi (come batteri e lieviti usati nella produzione di pane e birra).
Bacillus subtilis Come Probiotico
I probiotici, in alternativa agli antibiotici nella produzione di suini, sono sempre più utilizzati come profilattici per i disturbi gastrointestinali e come integratori alimentari per promuovere una buona salute. Uno studio ha indagato gli effetti dell'integrazione alimentare con diversi tipi di Bacillus subtilis sulla crescita e sulla salute intestinale dei suinetti svezzati.
I risultati hanno mostrato che l'integrazione alimentare con B. subtilis ha migliorato il peso e l'incremento medio giornaliero dei suinetti svezzati e ha ridotto i tassi di diarrea. Inoltre, ha migliorato la dimensione dell'altezza dei villi e il rapporto tra l'altezza dei villi e la profondità delle cripte nell'ileo dei suinetti svezzati.
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L'integrazione alimentare con B. subtilis ha aumentato gli indicatori della salute dell'intestino, inclusi i livelli plasmatici di interleuchina (IL)-2 e IL-10, nonché i livelli del colon di acidi grassi a catena corta.
BEA AEQUILIBRIUM: Un Approccio Innovativo
BEA AEQUILIBRIUM è una famiglia di prodotti estremamente innovativa, fondata sull’adattamento al nostro settore, delle ultime innovazioni nell’ambito della microbiologia ambientale ed industriale. Con AEQUILIBRIUM A-E-Z-PRO, sono stati sviluppati consorzi “ingegnerizzati” che imitano - per composizione e funzioni - la complessità microbica di un ecosistema marino. Disegnata su funzioni ecologiche precise, con specie chiave estremamente particolari, sistemi di “backup team”, ed elevato spettro metabolico.
Composizione e Funzioni dei Consorzi
Oltre al Core e al Backup Team, ogni blend custodisce un’“avanguardia silenziosa” di specie che, prese singolarmente, non superano l’1-2 % del totale ma, sommate, raggiungono dal 15 al 22 % della biomassa e contribuiscono a circa un terzo dei geni funzionali esclusivi dell’intero consorzio. Questo aumenta non solo il numero totale di taxa e di conseguenza l’indice Shannon di biodiversità microbica, ma soprattutto portano circa 140 pathway KEGG aggiuntivi centrati su sintesi vitaminiche, detox di ROS, βossidazione di PAH e riduzione di ossidi di zolfo e azoto.
Se i ceppi principali sono il motore e i backup la carrozzeria, i taxa minori sono il firmware che ottimizza consumi, garantisce ridondanza e proietta il consorzio nel lungo periodo.
Tabella Riassuntiva dei Metaboliti Primari Ottenibili da Microrganismi
| Metabolita | Microrganismo | Applicazione |
|---|---|---|
| Acido Lattico | Lactobacillus | Industria alimentare, conservante |
| Acido Propionico | Propionibacterium | Conservante alimentare, produzione di aromi |
| Acido Butirrico | Clostridium | Industria chimica, produzione di polimeri |
| Acido Citrico | Aspergillus niger, Yarrowia lipolytica | Industria alimentare, farmaceutica, detergente |
| Etanolo | Saccharomyces cerevisiae | Bevande alcoliche, biocombustibile |
| Amminoacidi (es. Acido Glutammico) | Corynebacterium glutamicum, Flavobacterium flavum | Industria alimentare, integratori |
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