I colori del futuro, prodotti dai batteri

I colori del futuro? Sostenibili, economici e prodotti dai batteri. In un articolo pubblicato sulla rivista Frontiers in Microbiology, un gruppo di ricerca guidato da studiosi dell'Università di Bologna mostra come sia possibile realizzare pigmenti naturali a partire da "fabbriche microbiche" alimentate con scarti vegetali.

"Molti batteri producono naturalmente pigmenti per difendersi dai raggi ultravioletti, dall'ossidazione, dalle alte concentrazioni saline o dalle temperature estreme”, spiega Marco Candela, professore al Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie dell’Università di Bologna, che ha coordinato lo studio. “Abbiamo cercato questi microrganismi proprio negli ambienti dove tali condizioni sono più severe, individuando una straordinaria biodiversità di possibili colori”.

L'industria tessile è tra i comparti industriali con il maggiore impatto ambientale. Gran parte dei coloranti impiegati deriva infatti da composti petrolchimici, prodotti attraverso processi ad elevato consumo energetico e con l'impiego di solventi e reagenti chimici. Ogni anno, inoltre, una parte consistente dei coloranti utilizzati viene dispersa negli scarichi industriali, contribuendo all'inquinamento dei corsi d'acqua e alterando gli ecosistemi acquatici.

Esistono da secoli alternative naturali: pigmenti estratti da piante come robbia, indaco o curcuma oppure da organismi animali come il murice, da cui si otteneva la porpora. Ma anche queste soluzioni hanno limiti importanti: le coltivazioni richiedono terreno, acqua e risorse agricole, e l'utilizzo di organismi animali comporta problemi etici ed ecologici.

Per superare questi ostacoli e cercare nuove soluzioni, gli studiosi sono quindi arrivati a isolare 51 nuovi microrganismi pigmentati, provenienti da tre ambienti estremi italiani: la neve del Ghiacciaio Presena, nei pressi del passo del Tonale, i sedimenti vulcanici dell'isola di Vulcano e gli ecosistemi marini soggetti alle emissioni idrotermali dell'isola di Panarea.

"Abbiamo analizzato il comportamento di questi microrganismi con un approccio integrato di genomica e metabolomica, cioè lo studio delle impronte chimiche lasciate dai processi cellulari", dice Candela. "E siamo arrivati a dimostrare che sono in grado di produrre numerosi pigmenti naturali e altre molecole bioattive di potenziale interesse industriale".

Dal giallo all'arancione, dal rosso al nero, i 51 microrganismi isolati producono infatti un'ampia gamma di pigmenti naturali. Le analisi genomiche hanno identificato 61 cluster genetici coinvolti nella sintesi di metaboliti naturali, mentre la caratterizzazione chimica ha permesso di individuare 58 diverse molecole bioattive, tra cui pigmenti come carotenoidi, antrachinoni e melanine 

Non solo: gli studiosi hanno anche dimostrato che molti di questi microrganismi sono capaci di crescere utilizzando carboidrati e biomasse vegetali. Diventa quindi possibile immaginare una produzione industriale di pigmenti sostenibili alimentata da sottoprodotti dell'industria agroalimentare.

"L'idea è utilizzare i batteri come vere e proprie biofabbriche", conferma Candela. "Crescono in bioreattori alimentati con materiali di scarto e producono pigmenti naturali che possono essere recuperati e utilizzati per la tintura dei tessuti".

Lo studio, del resto, è nato nell'ambito di una collaborazione tra università e impresa finanziata dal PNRR, con l'obiettivo di sviluppare nuove tecnologie per la transizione sostenibile dell'industria tessile. E i ricercatori sono già al lavoro per mettere a punto i prossimi passi.

"Stiamo già lavorando alla fase successiva: sviluppare processi tintori industriali nei quali i pigmenti microbici vengano impiegati direttamente per colorare i tessuti, sia sotto forma di estratti in polvere sia come bagni tintori", dice Andrea Nicolò Dell'Acqua, ricercatore all'Università di Bologna e primo autore dello studio. "Il nostro obiettivo è costruire un processo completamente circolare, in cui gli scarti diventano materia prima e i batteri producono colori naturali destinati ai tessuti del futuro".

Coordinato dall'Unità di Scienze e Biotecnologie dei Microbiomi dell'Università di Bologna (Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie), il lavoro di ricerca è stato realizzato insieme a ITENE Research Centre (Valencia, Spagna), all'Università Politecnica delle Marche e a C.P. Company, storico marchio italiano dell'abbigliamento tecnico nato a Bologna.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Frontiers in Microbiology con il titolo "Isolation and characterization of novel microorganisms producing natural compounds of possible industrial interest: an integrated genomic and metabolomic approach". Per l'Università di Bologna hanno partecipato Andrea Nicolò Dell’Acqua, Giorgia Palladino, Simone Rampelli, Daniela Leuzzi, Daniel Scicchitano e Marco Candela del Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie, insieme a Arianna Mancuso e Stefano Goffredo del Fano Marine Center, Emanuele Porru del Dipartimento di Scienze Mediche e Chirurgiche, e Jessica Fiori del Dipartimento di Chimica "Giacomo Ciamician".