Concerti di ultrasuoni per le microalghe. Sviluppato innovativo bioreattore per processi sostenibili
Il sono-foto-bioreattore messo a punto nei laboratori del dipartimento di Biologia dell'università di Roma Tor Vergata permette di ottimizzare la crescita e la produzione di molecole di alto valore come carboidrati e proteine, aprendo la strada a bioprocessi più sostenibili.
Un team di ricercatori del dipartimento di Biologia dell'università di Roma Tor Vergata ha sviluppato una tecnologia pionieristica per rendere più efficiente e sostenibile la produzione di microalghe. Attraverso l'uso controllato di ultrasuoni a bassa potenza, è stato messo a punto un nuovo sono-foto-bioreattore (S-PBR) in grado di stimolare le cellule delle alghe, aumentandone la biomassa e, in alcuni casi, raddoppiandone il contenuto di molecole di pregio come le proteine. Lo studio è stato recentemente pubblicato su Bioresource Technology, edita da Elsevier.
Le microalghe sono considerate una delle risorse più promettenti per la bioeconomia del futuro: possono produrre biocarburanti, mangimi, cosmetici e composti ad alto valore per l'industria alimentare e farmaceutica. Tuttavia, la loro coltivazione su larga scala è spesso ostacolata da costi elevati e processi complessi. La sfida è ottimizzare la produzione in modo sostenibile.
Gli ultrasuoni sono uno stimolo per le alghe, con la capacità di influire sui processi metabolici delle cellule. Vengono somministrati dall'esterno, quindi interferendo molto poco con processi di ricerca e sperimentazione già rodati, e non richiedono molta energia.
La soluzione proposta dalla startup innovativa Yeastime e sviluppata dal team di Roma Tor Vergata, coordinato da Roberta Congestri professoressa associata e da Blasco Morozzo della Rocca ricercatore, entrambi afferenti al dipartimento di Biologia dell'Università di Roma Tor Vergata, supera i limiti delle attuali applicazioni degli ultrasuoni, spesso poco controllabili e difficilmente riproducibili. Il loro bioreattore, con aggiunta di ultrasuoni e luce, diventa un sono-foto-bioreattore S-PBR, un sistema modulare, preciso e caratterizzato sia computazionalmente sia sperimentalmente, che consente di irradiare le colture di microalghe con dosi di energia acustica specifiche.
Si è sperimentato questo processo su due microalghe di interesse commerciale Chlorella vulgaris e Desmodesmus sp. La prima è già approvata per uso alimentare umano e ha un alto contenuto proteico. La seconda è caratterizzata da elevata resistenza a condizioni stressanti e potrebbe rappresentare una alternativa per produrre biomassa in climi e condizioni proibitive per altre alghe.
I risultati ottenuti sono stati sorprendenti: in Desmodesmus sp., un trattamento a intensità intermedia ha raddoppiato il contenuto proteico, portandolo dal 20% al 40% del peso secco della biomassa. In Chlorella vulgaris, lo stesso trattamento ha più che raddoppiato il contenuto di carboidrati (dal 9% al 19%). Un'irradiazione a massima intensità ha invece favorito un aumento generale della biomassa prodotta per entrambe le specie, fino al 30% in più rispetto ai controlli non trattati.
Yeastime, giovane startup nata nel 2021 grazie alla partecipazione di studenti e studentesse di Roma Tor Vergata, ha recentemente raccolto un cospicuo ciclo di investimenti da Venture Capitalists dell'agrifood, per sviluppare dispositivi legati ai suoi brevetti, uno dei quali è stato usato nello studio in questione.
Federico Ortenzi, biotecnologo di Yeastime, primo autore della pubblicazione e membro dell'Associazione italiana per lo studio e le applicazioni delle microalghe, spiega così l'utilizzo degli ultrasuoni: "Questa tecnologia rappresenta un passo avanti cruciale per la bioeconomia. Ci permette di 'dialogare' con le microalghe in un modo nuovo, guidando il loro metabolismo verso la produzione dei composti che ci interessano, senza ricorrere a stress chimici o luminosi intensi, con un notevole risparmio energetico e una maggiore sostenibilità del processo. Un'innovazione del nostro S-PBR è la sua riproducibilità e modularità. Grazie a una rigorosa caratterizzazione, possiamo applicare uno stimolo preciso di ultrasuoni, garantendo risultati consistenti. Il design 'plug-and-play' del dispositivo sviluppato lo rende facilmente integrabile nei fotobioreattori già esistenti, facilitando il suo trasferimento su scala industriale Stiamo già lavorando in questo senso in sinergia con l'università di Roma Tor Vergata".
I risultati di questa ricerca aprono nuove frontiere nel campo della bioacustica applicata ai microrganismi e saranno presentati in importanti appuntamenti convegnistici scientifici internazionali tra cui EBSA 2025 in corso in questi giorni e SIMTREA.
a cura dell'Ufficio Stampa di Ateneo