Bioconversioni

Le Bioconversioni sfruttano lenorme capacit deimicrorganismi di modificare chimicamente una grande variet

di composti organici

Caratteristiche della biocatalisi : specificit di substrato regioselettivit Stereoselettivit Condizioni di reazione

Principali reazioni microbiche di interesse :

formazione di legame C C ossidazioni, ossidrilazioni, condensazioni, isomerizzazioni.

Utilizzazione per la trasformazione di composti come IPA, che

costituiscono una delle fonti principali di contaminazione, in derivati di

interesse sintetico .

Processo

metabolico

Enzimi

coinvolti

Campi di interesse di cis Diidro dioli :Prostaglandine

Terpeni

Un altro esempio : lo stirene

la stirene monossigenasi di un ceppo di Pseudomonas consente di ottenere

(S)-epossido di stirene con un eccesso enantiomerico (ee) superiore al 99%.

Una volta trasferiti i corrispondenti geni in E. coli sotto opportuni promotori,

si ottengono produttivit dell'ordine delle centinaia di micromoli al minuto

per grammo di cellule.

stata osservata I'idrolisi enantioselettiva di epossido di stirene racemico,

con selettivit complementari nelle epossido idrolasi di due differenti

microrganismi.

In un altro caso, la purificazione dell'enzima fenilacetaldeide riduttasi ha

consentito di dimostrare che questo enzima pu produrre (5)-(-)-1 -

feniletanolo con alto grado di purezza a partire da acetofenone.

Infine, stato dimostrato che I'enzima di due ceppi di Pseudomonas cataliua,

portano alla formazione di Indaco a partire da Indolo; la Genencor sta

sviluppando un processo di produzione industriale del colorante basato su

questo tipo di reazione;

O

OH

Recupero di ariadepurazione di effluenti gassosi industriali ( contenenti ad es. SO2,H2S , stirene, toluene ed idrocarburi alifatici ) con microrganismi supportati su matrici inerti con biopolimeri selettivi

limiti intrinseci dei biofiltri

- non uniforme distribuzione del gas da depurare attraverso il lettofiltrante,- occlusione del filtro conseguente alla crescita della biomassa,

ricerca innovativa verso reattori con

impiego di biotrickling filters o di bioscrubbers.

interesse notevole nell impiego di microfunghi in processi didesolforazione biologica di effluenti gassosi contenenti SO2 o H2S

Lo stirene

composto aromatico che si ottiene per deidrogenazione catalitica dietilbenzene.

viene utilizzato nell'industria dei polimeri, con un consumomondiale dell'ordine dei 16 milioni di tonnellate anno, per la

produzione di plastiche, gomme sintetiche e resine.

composto, tossico, pu venire rilasciato nell'aria, attraversoevaporazione e per pirolisi di polistirene.

L'uso di stirene sotto forma di vapore, ha portato ad individuare variceppi batterici e fungini capaci di utilizzare il composto come fontedi carbonio ed energia, con consumo di O2.

la degradazione di stirene per via anaerobica da parte di consorzimicrobici.

biofiltri : microrganismi adesi a supporti inerti (ad esempio poliuretano operlite) consentono di eliminare fino a 70 g di stirene per m3 per ora.

Sono state descritte due possibili vie degradative aerobiche, che comportano: l'ossidazione del gruppo aromatico I'ossidazione della catena laterale vinilica.Nel primo caso, descritto per un ceppo di Rhodococcus rhodochrous, ha luogo : una diossigenazione delI'anello aromatico a cis-glicolo, una deidrogenazione catalizzata da una catecolo 2,3 diossigenasi con formazione di

3-vinilcatecolo rottura dell'anello in posizione meta mineralizzazioneL'ossidazione della catena laterale, osservata sia in alcuni ceppi batterici che in funghi,porta alla produzione di fenilacetato, che viene poi mineralizzato. Gli enzimiresponsabili di questo pathway metabolico in vari ceppi di Pseudomonas sono statiparzialmente purificati ed i comspondenti geni clonati ed espressi singolarmente in E.coli, dove si potuto dimostrare I'accumulo dei prodotti intermedi ipotizzati. II primo enzima di questa via una monossigenasi FAD/NADH dipendente (SMO) cheporta alla formazione di epossido di stirene.

I'interesse per i microrganismi che degradano lo stirene duplice: da un lato come strumenti per la decontaminazione e dallaltro per la produzione biocatalitica di composti aromatici

e di intermedi otticamente attivi.

Di MetalliRECUPERO DA REFLUI

La rimozione chimica dei metalli pesanti ( Zn, Cu, Cd, Pb, Cr, Plutonio ecc.)

tossoci anche a bassissime concentrazioni risulta molto costosa .

Un potenziale approccio biotecnologico prevede luso di

METALLOTIONEINA

una proteina in grado di legare diversi metalli pesanti.

Il Gene della proteina del topo gi stato clonato in batteri. Questi batteri o la proteina possono essere immobilizzati per estrarre metalli da

soluzioni ( Biofiltri )

BIOLISCIVIAZIONE

Batteri che vengono sfruttati su larga scala per estrarre

alcuni metalli da minerali di qualit inferiore

I batteri, soprattutto del genereThiobacillus , contribuiscono alla operazione

convertendo il ferro in vari composti, dalla forma ferrosa a quella ferrica. Il

ferro ferrico, ossidante efficace, svolge due funzioni : ossida la Pirite (FeS2 )

trasformandola in acido solforico, mantenendo cos elevata lacidit della

soluzione di lisciviazione, e ossida i solfuri di rame insolubili producendo

solfati di rame solubili recuperabili dalla soluzione. Nella lisciviazione

Fotografia aerea di una grande miniera di rame a cielo aperto negli StatiUniti ( S. Rita , New Messico )

Discarica di lisciviazione : la soluzione viene riciclata da spruzzatori rotanti