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Un altro passo in avanti verso la fotosintesi artificiale Realizzati sistemi ibridi sintetici in grado di fissare il carbonio in presenza di luce proprio come le piante
Tutta la vita sulla Terra trae la sua energia dal sole attraverso la straordinaria capacità delle piante di sostenersi con nient’altro che acqua, aria e luce solare. Ora i ricercatori hanno fatto un passo in avanti importante per conferire le stesse capacità alla vita sintetica.
È noto che le piante possono creare il proprio cibo attraverso la fotosintesi. Le molecole a base di carbonio che vengono prodotte attraverso questo processo costituiscono le basi su cui è costruita la diversità della natura. Se si potesse sfruttare, o addirittura replicare, questo processo, sarebbe importante per tanti aspetti, dalla sintesi di molecole utili come medicinali alla progettazione di sistemi biologici in grado di assorbire dall’atmosfera la CO2 prodotta dai cambiamenti climatici.
Cosa ancora più significativa, si potrebbero aprire le porte per la creazione di forme di vita artificiali veramente autosufficienti.
La fotosintesi comporta una complessa interazione di molteplici percorsi enzimatici, quindi gli sforzi da parte dell’uomo per replicarla hanno prodotto risultati spesso contrastanti. Ma alcuni ricercatori tedeschi e francesi hanno trovato un modo intelligente per creare versioni sintetiche dei cloroplasti, ovvero gli organuli specializzati in cui si verifica la fotosintesi.
Per produrre questi organuli artificiali il team ha utilizzato la microfluidica così da creare goccioline d’acqua delle dimensioni di una cellula sospesa nell’olio, che fungevano da compartimenti autonomi in cui potevano verificarsi tutte le reazioni cruciali. Mentre la natura ha escogitato diversi percorsi chimici per prelevare carbonio dalla CO2 nell’aria e fissarlo in composti organici, i ricercatori hanno deciso di fare affidamento su un’alternativa sintetica composta da 16 enzimi che erano stati precedentemente progettati da altri ricercatori. Ma l’hanno combinata con le membrane lastriformi dei tilacoidi, le strutture all’interno del cloroplasto in cui si verificano le fasi luce-dipendenti della fotosintesi, che erano state estratte da piante di spinaci.
In una recente pubblicazione sulla rivista Science, i ricercatori hanno spiegato che questi sistemi ibridi sintetici e artificiali possedevano tutte le caratteristiche essenziali della fotosintesi ed erano in grado di fissare il carbonio in presenza di luce proprio come una pianta. Hanno addirittura sostenuto che il loro approccio potrebbe essere più efficiente della fotosintesi naturale perché non comporta la fotorespirazione, un effetto dispendioso che consuma ossigeno e produce CO2.
«Questo progresso è un passo importante verso lo sviluppo di una pianta sintetica simile a una cellula», hanno scritto Nathaniel Gaut e Katarzyna Adamala dell’Università del Minnesota in una nota che accompagna l’articolo. «La capacità di raccogliere energia leggera e fissare la CO2 in composti multicarbonici crea una base essenziale per le tecnologie che troveranno uso in molte altre aree, dalla sintesi di piccole molecole o farmaci nei bioreattori artificiali allo sviluppo di un sistema biologico artificiale per catturare il carbonio ambientale».
Gli autori osservano che l’approccio automatizzato utilizzato per creare il loro “cloroplasto sintetico” permette di riprogrammare e testare facilmente nuovi percorsi, sia naturali che sintetici. Ciò potrebbe consentire la prototipazione di nuovi processi metabolici prima che i biologi sintetici li trapiantino nelle cellule o fungano da banco di prova per una vita veramente sintetica. Ad ogni modo, la produzione di energia è solo una delle molte capacità che i ricercatori dovranno padroneggiare se vogliono costruire una cellula veramente artificiale. Ma il loro lavoro rappresenta sicuramente un passo significativo verso la costruzione della vita artificiale dal basso verso l’alto.
