Biotecnologie

Fondamenti di biotecnologie per l'industria chimica

Introduzione sulle biotecnologie

Le biotecnologie industriali consistono in processi che si basano sull'utilizzo di biocatalizzatori per trasformare un substrato in un prodotto desiderato. La nascita delle biotech convenzionali avviene intorno agli anni '900 con la scoperta della penicillina, un antibiotico prodotto da una muffa in grado di uccidere microorganismi batteri patogeni.

Nonostante la scoperta del primo antibiotico risalga all'inizio del '900, ancora oggi siamo alla ricerca di nuovi antibiotici perché esistono fenomeni di mutazione di organismi patogeni che li rendono resistenti agli antibiotici usati in precedenza. Per questo, anche per prodotti che esistono da moltissimi anni, è necessario portare allo sviluppo di nuove molecole.

Sviluppo delle tecnologie del DNA ricombinante

La produzione di organismi mutanti porta alla creazione di cellule che non riescono più a inibire la produzione di un metabolita, con la conseguenza di creare un substrato in modo molto più elevato. Inoltre, si è portato allo sviluppo di alcune molecole che la cellula prima non sintetizzava. La cellula diventa capace di accumulare un prodotto che prima non produceva, come l'insulina prodotta da batteri geneticamente modificati in quantità industriale.

Si è iniziato a produrre su scale industriali molecole che prima non si riuscivano a sintetizzare in quantità elevate. Nella maggior parte dei casi, gli zuccheri sono la materia prima utilizzata.

Processi biotecnologici classici

I processi biotecnologici classici possono essere classificati in diversi modi:

• Processo basato su cellule: Le cellule vengono coltivate in un bioreattore e le stesse cellule sono il prodotto finale (esempio lievito).
• Bioconversione: Possono utilizzare sia cellule che enzimi come biocatalizzatori. In questo caso, il substrato viene messo a contatto con un enzima che, grazie alla sua attività catalitica, lo trasforma in un prodotto (esempio antiinfiammatori steroidei: le loro proprietà antiinfiammatorie dipendono dal tipo di enantiomero prodotto, è necessario utilizzare catalizzatori selettivi, ovvero quelli biologici).
• Utilizzo di cellule come biocatalizzatori: Le cellule vengono cresciute in un bioreattore nel quale accumulano dei metaboliti che hanno un'applicazione industriale (esempio produzione di enzimi, antibiotici prodotti da muffe, bioetanolo ottenuto dalla fermentazione alcolica degli zuccheri utilizzando lieviti, composti chimici utilizzati sia come precursori per la sintesi di altre molecole oppure come additivi in alimenti o prodotti cosmetici, molecole con applicazione di tipo farmaceutico o medico).