Purification and characterization of tyrosinase enzyme from Acinetobacter modestus NIPH 236 for enhanced treatment of petroleum pollutants

Il petrolio è il sangue vitale dell'industria moderna, che alimenta tutto, dalle auto che guidiamo alle plastiche che utilizziamo. Eppure, il processo di estrazione e raffinazione di questa risorsa lascia dietro di sé un'eredità tossica. Uno dei sottoprodotti più pericolosi è il fenolo, un composto chimico presente in alte concentrazioni nelle acque reflue delle raffinerie di petrolio. Il fenolo è altamente tossico sia per l'uomo che per l'ambiente, capace di danneggiare gli ecosistemi e causare mutazioni nei tessuti viventi. Sebbene gli ingegneri abbiano a lungo cercato di depurare quest'acqua utilizzando filtri fisici o sostanze chimiche aggressive, questi metodi spesso si rivelano insufficienti. Possono essere costosi, energivori o semplicemente incapaci di scomporre completamente gli inquinanti ostinati. La natura, tuttavia, offre una strada diversa. Per decenni, gli scienziati hanno saputo che certi microrganismi possiedono la capacità di digerire queste sostanze nocive, trasformando il veleno in materiale innocuo attraverso un processo chiamato biorimediazione. La chiave di questo squadra di pulizia naturale è spesso un tipo specifico di proteina chiamata enzima, che agisce come un catalizzatore biologico per accelerare reazioni chimiche che altrimenti avverrebbero troppo lentamente per essere utili.

In uno studio recente, i ricercatori si sono posti l'obiettivo di trovare un nuovo strumento biologico, più efficiente, per questo compito. Hanno rivolto la loro attenzione al suolo circostante una raffineria petrolchimica a Mangalore, in India, un luogo dove l'ambiente è costantemente esposto a inquinanti a base di petrolio. L'obiettivo era isolare un batterio specifico da questo suolo ostile che potesse produrre un potente enzima noto come tirosinasi. Questo enzima è una proteina contenente rame che agisce come una forbice molecolare, capace di tagliare le molecole di fenolo e trasformarle in sostanze meno nocive. Il team, guidato da scienziati della Dayananda Sagar University, ha identificato con successo un potente batterio nascosto nel suolo della raffineria. Lo hanno chiamato Acinetobacter modestus NIPH 236. Questo minuscolo organismo non era solo un sopravvissuto dell'ambiente tossico; era una fabbrica, che produceva l'enzima stesso necessario per ripulirlo.

I ricercatori non si sono fermati al semplice ritrovamento del batterio; hanno lavorato per capire esattamente come renderlo capace di produrre il maggior quantitativo possibile di enzima. Hanno trattato i batteri come un raccolto, facendoli crescere in grandi serbatoi di brodo liquido e regolando attentamente le condizioni per vedere cosa li facesse prosperare. Hanno testato diversi livelli di acidità, scoprendo che i batteri producevano il massimo dell'enzima quando il liquido era neutro, a un pH di 7,0. Hanno sperimentato con la quantità di batteri da utilizzare inizialmente, scoprendo che una piccola quantità, appena il 2 percento del volume totale, era il punto ideale per la massima produzione. Hanno anche testato cosa mangiassero i batteri. I batteri crescevano meglio quando nutriti con una dieta contenente estratto di carne come fonte di azoto e maltosio come fonte di zucchero. Forse, cosa più importante, hanno scoperto che l'aggiunta di una piccola quantità di un minerale chiamato molibdato di sodio al mix alimentare agiva come un potente booster, aumentando significativamente la quantità di enzima prodotta dai batteri.

Una volta ottimizzate le condizioni di crescita, il team è passato alla sfida successiva: separare l'enzima dai batteri e dal liquido in cui era cresciuto. Hanno utilizzato una serie di passaggi fisici e chimici per purificare la sostanza. Per prima cosa, hanno aggiunto acetone freddo al liquido, il che ha fatto sì che l'enzima si raggruppasse e precipitasse dalla soluzione, un processo simile a come il sale può essere fatto cristallizzare dall'acqua. Successivamente, hanno fatto passare questa miscela attraverso una colonna riempita di minuscole sfere, che agivano come un setaccio per classificare le proteine in base alle dimensioni. Questo processo ha isolato con successo la tirosinasi, rivelando che si trattava di una proteina singola e pura con un peso molecolare di 75 kilodalton. Questa è una misura della dimensione dell'enzima, che indica che è una molecola sostanziale, grande circa quanto un piccolo complesso proteico. L'enzima purificato era stabile e attivo a temperature comprese tra 30 e 40 gradi Celsius, che è un intervallo confortevole per molti processi biologici, e funzionava meglio allo stesso pH neutro di 7,0.

Il test finale consisteva nel vedere se questo enzima purificato potesse effettivamente pulire l'inquinamento del mondo reale. Per farlo, i ricercatori dovevano proteggere l'enzima affinché potesse essere riutilizzato e non venisse disperso. Hanno intrappolato l'enzima all'interno di piccole sfere fatte di alginato di sodio, una sostanza gelatinosa derivata dalle alghe. Pensate a questo processo come al collocare uno strumento delicato all'interno di una gabbia protettiva che permette comunque di lavorare. Hanno poi immerso queste sfere in acqua contaminata da fenolo. I risultati sono stati sorprendenti. Nel corso di quattro ore, le sfere di enzima immobilizzato hanno rimosso il 95,5 percento del fenolo dall'acqua. Questo livello di efficienza è significativamente superiore a molti altri metodi attualmente in uso, che spesso faticano a rimuovere anche la metà dell'inquinante. Lo studio suggerisce che questo batterio specifico, Acinetobacter modestus NIPH 236, e l'enzima che produce, potrebbero essere una soluzione altamente efficace ed ecologica per il trattamento delle acque reflue delle raffinerie di petrolio. Sfruttando il potere naturale di questo microrganismo, le industrie potrebbero presto avere un modo più economico e pulito per proteggere le nostre acque dai sottoprodotti tossici dell'energia di cui facciamo affidamento.