Globalizzazione: effetti sull'ambiente

2010

GLOBALIZZAZIONE: EFFETTI

SULL’AMBIENTE

Il processo biotecnologico può essere LIEVITI

definito come un’insieme organico e I lieviti sono dei microrganismi

funzionale di una serie di operazioni impiegati in campo industriale.

semplici. Descrivere un’operazione Sono organismi unicellulari eucarioti ,

semplice significa misurare e nella maggior parte dei casi si tratta di

controllare le variabili che le saprofiti, che si nutrono con materiale

caratterizzano. organico in decomposizione, e, in

L’obiettivo della ricerca è quello di qualche caso, di parassiti, che si

trasformare i sistemi off-line in on-line alimentano a spese di organismi viventi

o meglio in quelli in-line. provocando danni e, talvolta, la morte.

Le tipologie che stanno riscontrando La loro riproduzione può essere

più successo sono quelle a biosensori o agamica o sessuata e, in base alle

a tecniche ottiche. I biosensori sono modalità di quest’ultima si classificano

sistemi capaci di determinazioni solo in tre classi: ascomiceti, basidiomiceti e

relative a molecole singole o a un deuteromiceti.

componente. Agli ascomiceti appartengono i lieviti

I sistemi di controllo basati sulle che si riproducono attraverso le

tecniche ottiche trova il maggior ascospore, cioè spore sessuali aploidi

numero di applicazioni nelle misure contenute in una struttura a sacco detta

rivolte a popolazioni cellulari. Il loro asco. La specie di questa classe

funzionamento si basa su fenomeni di utilizzata per le fermentazioni

assorbimento, fluorescenza, industriali da millenni è rappresentata

fosforescenza, diffusione. I sistemi di da Saccharomyces cerevisiae.

misura più utilizzati sono la

fluorimetria a sonde che si effettua in-

line con sonde UV, spettrofotometria

IR e UV, si realizzano solo on-line.

I sistemi di misura riguardano anche i

parametri fisici e chimici come la

temperatura, la pressione, il pH, la

concentrazione di O la concentrazione

2

dei nutrienti, la concentrazione di

carbonio e azoto ed infine il potenziale

redox. Ai basidiomiceti appartengono i lieviti

che producono spore sessuali ancorate

2010

GLOBALIZZAZIONE: EFFETTI

SULL’AMBIENTE

sulla superficie esterna di strutture I lieviti hanno bisogno per vivere e

allungate chiamate basidi. riprodursi di terreni colturali adatti che

contengano sostanze organiche, acqua,

Sali minerali e alcuni fattori di crescita.

Le sostanze organiche costituiscono la

fonte principale ci carbonio, idrogeno,

ossigeno e azoto. I fattori di crescita

sono normalmente rappresentati

soprattutto dalle vitamine. L’esigenza

complessiva di umidità manifestata dai

lieviti è, generalmente,di entità

superiore a quella delle muffe, ma

inferiore a quella dei batteri.

Ai deuteromiceti appartengono tutti i Altri fattori che condizionano la

lieviti che non si riproducono per via crescita dei lieviti sono riconducibili:

gamica o di cui ancora non si conosce  alle concentrazioni delle

fenomeno alcuno di riproduzione sostanze che determinano la

sessuale. La modalità di riproduzione pressione osmotica cellulare;

vegetativa o agamica che li caratterizza  al pH del terreno;

è per gemmazione . i generi più noti e 

utilizzati in campo industriale sono alla temperatura del sistema;

Candida, Kloeckera.  alla tensione d’ossigeno del

sistema.

La loro crescita risulta favorita da un

pH acido, di valore ottimale compreso

tra 3,5 e 4,0, tale da inibire la

riproduzione della maggior parte dei

batteri. Vivono in un intervallo

compreso tra il punto di congelamento

dell’acqua e i 45°C ÷ 50°C, con

temperatura ottimale di 30°C.

L’uso dell’ossigeno ha due finalità:

rispetto ai processi fermentativi, come

la produzione di alcol etilico, i lieviti

hanno bisogno di un ambiente

anaerobio:

I lieviti impiegati nelle produzioni lieviti

industriali vengono fatti riprodurre glucosio alcol etilico+CO +E

preferibilmente per gemmazione per 2 1

in cui il valore di E di energia prodotta

conservarne le caratteristiche del ceppo 1

è relativamente basso con tasso di

iniziale. riproduzione altrettanto modesto.

2010

GLOBALIZZAZIONE: EFFETTI

SULL’AMBIENTE

Al contrario, ai fini della produzione di aeree, supportano le strutture

massa cellulare, cioè dell’aumento del riproduttive.

numero di cellule di lievito, è Le muffe si riproducono per via gamica

necessario aumentare la tensione e agamica attraverso la formazione di

d’ossigeno per accelerare il processo spore, che possono essere racchiuse in

riproduttivo: una struttura a sacco situata

lieviti sull’estremità di un’ifa fertile e, per

glucosio +O H O+CO +E questo, vengono denominate sporangio

2 2 2 2

in cui E rappresenta il valore di spore, mentre se esse non sono

2

energia utilizzabile per rendere contenute in un involucro sono dette

massimo il tasso riproduzione cellulare. conìdi e le ife portanti conidio fori. Al

Il lieviti sono organismi che culmine della maturazione le spore, si

preferiscono ambienti acidi e ad alto liberano dalle strutture riproduttive e

contenuto zuccherino. A differenza diffondono negli ambienti più disparati,

degli altri funghi, essi sopravvivono a opera del vento.

anche in ambienti privi di ossigeno In condizioni ottimali, soprattutto

perché capaci di utilizzare il rispetto al tasso di umidità e al valore

meccanismo anaerobio della di di temperatura, le spore germinano

fermentazione. dando origine a un nuovo micelio

pronto per riattivare un nuovo ciclo

MUFFE vegetativo.

Le muffe sono funghi filamentosi La produzione per via gamica è meno

costituiti da cellule eucariote di tipo frequente di quella agamica: il

coloniale, a comportamento saprofitico, meccanismo è quello della meiosi,

sono anche eterotrofe in quanto prive mediante il quale si generano spore

del pigmento verde della clorofilla e aploidi, cioè con un numero semplice

strettamente aerobie. di cromosomi. Nell’atto riproduttivo

Si tratta di organismi pluricellulari due spore aploidi si fondono,

dalle dimensioni macroscopiche: gli generando un organismo diploide, cioè

aggregati cellulari che formano i con un numero doppio di cromosomi.

filamenti sono chiamati ife, il groviglio

di ife che costituisce il corpo della

muffa prende il nome di micelio ed è

evidente negli alimenti in via di

decomposizione. Le ife possono essere

di due tipi, vegetativo e riproduttivo: le

prime servono ad ancorare la muffa al

substrato nutritivo e a prelevare da esso

acqua, Sali minerali e sostanze

organiche necessarie alla loro

alimentazione, le seconde, in genere 2010

GLOBALIZZAZIONE: EFFETTI

SULL’AMBIENTE Le muffe sono organismi strettamente

aerobi: la loro riproduzione avviene a

livello esteso superficiale.

Le muffe furono ben presto impiegate

nella produzione di antibiotici.

il loro utilizzo fu scoperto non

attraverso studi ma per una casualità.

Alexander Fleming, nel suo laboratorio

di St. Martin, a Londra, verificando lo

stato di una coltura di batteri, vi trovò

Come i lieviti anche le muffe hanno una copertura di muffa. Questo evento

bisogno di condizioni alimentari,fisiche non aveva nulla di straordinario, poiché

e chimiche ottimali per la loro crescita. erano normali situazioni del genere; la

Per la coltivazione delle muffe è cosa eccezionale fu invece il fatto che

necessaria la presenza di fonti di questa muffa aveva annientato tutti i

carbonio, rappresentate soprattutto batteri circostanti. La scoperta, come si

dagli zuccheri, e di azoto, proveniente è detto, fu casuale; infatti, se si fosse

dalle proteine. Le muffe non hanno trattato di un altro tipo di germi, o di un

particolari esigenze rispetto ai fattori di altro tipo di muffa, o più

crescita. Alcune di esse, tra cui le più semplicemente di uno scienziato più

note sono Aspergillus e Penicillum, distratto, probabilmente tutto sarebbe

riescono a vivere e a riprodursi sui passato inosservato.

substati organici più vari. La scoperta non suscitò all'epoca

I fattori che condizionano la crescita grande entusiasmo, anche perché la

delle muffe sono: penicillina non curava molte altre

 il grado di umidità; malattie, tra cui la più banale influenza,

 la pressione osmotica; non immunizzava e soprattutto non

 il pH del mezzo; eliminava definitivamente i batteri, ma

 la temperatura ambientale; li stordiva, in attesa che il sistema

immunitario si organizzasse per

 la tensione d’ossigeno. combatterli e distruggerli. Inoltre,

Le muffe presentano elevata essendo eliminata piuttosto

adattabilità in un ampio range di pH velocemente, erano necessarie diverse

che va da2,0 a 9,5, anche se per la somministrazioni giornaliere per

maggior parte il pH ottimale si attesta ottenere l'effetto desiderato.

su valori che vanno da 5,0 a 6,0. La Nel 1941 però successe qualcosa che

temperatura ottimale oscilla tra i 20°C dimostrò, invece, l'efficacia reale di

e i 30°C. questo ritrovato. 2010

GLOBALIZZAZIONE: EFFETTI

SULL’AMBIENTE

In un ospedale di Oxford, durante la 2. non si possono usare tecnologie

guerra, era ricoverato un poliziotto che innovative perché gli antibiotici

stava per morire di setticemia a causa sono controllati da decine di

di una piccola ferita infetta al lato della geni, quindi non si può

bocca. Rivelatesi inutili le intervenire direttamente sul

somministrazioni di sulfamidici, al DNA.

poliziotto venne iniettata una dose di Gli organismi impiegati per la

penicillina di 200 mg. Accanto al suo produzione di antibiotici sono

letto non c'era Fleming, ma i suoi due soprattutto muffe e batteri. Un terreno

collaboratori Chain e Florey; un netto generico adatto può essere costituito

miglioramento cominciò a vedersi. rispetto alle fonti di carbonio, da

Purtroppo, le scorte di penicillina si amido, oligosaccaridi, monosaccaridi o

esaurirono ed il poliziotto morì, ma glicerina; rispetto alle fonti di azoto da

l'efficacia del farmaco contro le proteine e derivati presenti in estratti di

infezioni fu definitivamente dimostrato. carne, in farine animali e vegetali e nel

In Gran Bretagna e negli USA latte e i suoi derivati.

cominciò una massiccia produzione del Gli antibiotici conosciuti vengono

preparato. classificati in base a diversi criteri. Si

Nel 1944 Alexander Fleming fu basano sulla struttura chimica e sul

insignito del titolo di baronetto e l'anno meccanismo d’azione dell’antibiotico.

dopo divise il premio Nobel con i suoi Per esempio:

collaboratori Chain e Florey. gli antibiotici cefalosporine e

penicilline intervengono sulla parete

Gli antibiotici sono sostanze organiche cellulare, inibendo la sintesi del

semplici a basso peso molecolare che peptidoglicano e provocando la morte

vengono prodotti da alcuni per lisi osmotica;l’eritromocina, il

microrganismi e che hanno la proprietà cloramfenicolo e le tetracicline

di inibire la crescita di altri, anche a intervengono sui ribosomi, bloccando

basse concentrazioni. la sintesi delle proteine; le rifamicine e

Le materie prime provengono da scarti l’antracicline intervengono sul DNA,

di altre lavorazioni, come residui determinando la morte della cellula

agricoli, residui di industrie lattiero- perché si bloccano le informazioni per

careari. Le fonti di carbonio e azoto lo svolgimento dell’attività cellulare, la

devono provenire da sostanze polimixina, interagisce con la parete

organiche. La produzione di antibiotici lipoproteina della membrana cellulare,

presenta, però, due inconvenienti: modificandone la struttura, la natura

1. si ha una bassa concentrazione chimica e così anche la funzione di

del prodotto perché si ha a che barriera selettiva.

fare con metaboliti secondari,

sintetizzati solo nella fase

stazionaria; 2010

GLOBALIZZAZIONE: EFFETTI

SULL’AMBIENTE PRODUZIONE DELLA

Gli antibiotici possono essere prodotti PENICILLINA

per fermentazione, via semisintetica e La penicillina è l’antibiotico più

via sintetica. utilizzato. Inizialmente veniva prodotto

La produzione si articola in tre utilizzando il microrganismo

passaggi: Penicillum notatum, ma oggi viene

1. ricerca, isolamento e selezione prodotta tramite il Penicillum

del ceppo, mira a rendere le rese chrysogenum, che permette una più alta

più alte; produttività.

2. fermentazione aerobia, essendo Il processo fermentativo si articola in

utilizzati microrganismi tre fasi: