Un nuovo lievito per la produzione di acido ialuronico

L'acido ialuronico è una molecola molto utilizzata per applicazioni farmaceutiche, mediche e cosmetiche. Un gruppo di ricercatori brasiliani ha provato a produrlo ingegnerizzando un lievito mai utilizzato prima a questo scopo, Ogataea polymorpha, con risultati che aprono nuovi orizzonti

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L’acido ialuronico è un glicosamminoglicano largamente utilizzato in campo medico, cosmetico e farmaceutico, grazie alla sua biocompatibilità. Questa molecola di origine biologica si trova in abbondanza nel tessuto connettivo dei vertebrati. Per le sue applicazioni industriali però si ricorre a quello ottenuto tramite sintesi chimica o prodotto attraverso microrganismi ricombinanti. A livello molecolare, l’acido ialuronico è costituito da una lunga catena di ripetizioni di due monosaccaridi, l’acido glucuronico e l’N-acetil-glucosammina. L’enzima incaricato di assemblare questi due precursori e di costruire così la catena polimerica si chiama ialuronano sintetasi ed è codificato dal gene hasA.

Secondo le previsioni di Gran View Research Inc. il mercato globale di acido ialuronico raggiungerà i 16,6 miliardi di dollari entro il 2027. Ecco perché ogni nuovo metodo per produrlo viene salutato con interesse. Ed ecco perché la ricerca che valuta Ogataea polymorpha per la produzione di acido ialuronico, del team guidato da Mañfrao-Netto, merita attenzione.

L’esperimento

I microrganismi normalmente utilizzati per la produzione di acido ialuronico sono batteri Gram-positivi e lieviti. Tuttavia Ogataea polymorpha finora non era mai stato utilizzato per questo scopo, nonostante sia già largamente impiegato per la produzione di molecole biologiche di interesse farmaceutico, come l’insulina e l’alfa-interferone.

O. polymorpha, infatti, ha caratteristiche che lo rendono un lievito particolarmente apprezzato per la produzione di molecole. Durante la fermentazione O. polymorpha raggiunge un’alta densità cellulare e possiede anche elevati livelli di espressione delle proteine eterologhe. Inoltre, il suo terreno di crescita è economico, poiché si tratta di un lievito metilotrofico, ed esistono già delle strategie per la sua coltura in bioreattori e per la sua manipolazione genetica. Il fatto poi che questo lievito tolleri un ampio range di temperature lo rende particolarmente promettente per la produzione di acido ialuronico, poiché è dimostrato che a differenti temperature cambiano sia il suo titolo, sia la lunghezza della sua catena polimerica.

Per questo Mañfrao-Netto e il suo gruppo di ricerca hanno deciso di lavorare su questo lievito. Non sono mancate le sfide. Infatti mentre i batteri sono in grado di sintetizzare entrambi i precursori dell’acido ialuronico, i lieviti possono sintetizzare solo l’N-acetil-glucosammina. Perché O. polymorpha produca acido ialuronico, allora, è necessario indurre l’espressione sia del gene hasA, che codifica per l’enzima ialuronano sintetasi, sia del gene hasB, che codifica per l’enzima responsabile della produzione dell’acido glucuronico.

Il gruppo di ricercatori ha provato diverse combinazioni di geni e di promotori provenienti da vari microrganismi. Alla fine il risultato migliore è arrivato integrando in O. polymorpha il gene hasB di Xenpus laevis e due diversi geni hasA provenienti da Pasteurella multocida e Streptococcus zooepidemicus.

Conclusioni

La produzione di acido ialuronico da parte del lievito Ogataea polymorpha è stata dimostrata con metodi qualitativi e quantitativi. Infatti l’osservazione microscopica con un microscopio a scansione elettronica (SEM) ha rivelato lo strato esterno alle cellule tipico della produzione di acido ialuronico. Anche la titolazione ha dato esiti positivi. Tuttavia il titolo ottenuto dal ceppo con la combinazione migliore di geni e promotori è stato di 197,76 µg/ml, un valore considerato piuttosto basso nella produzione di acido ialuronico.

L’ingegnerizzazione ben riuscita del lievito, però, ha ampi margini di miglioramento e apre nuove prospettive per la produzione industriale di questa utile molecola.