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Nonostante decenni di crescita della popolazione mondiale, il mondo sta nuovamente affrontando una crisi alimentare incombente. La grave riduzione della produttività alimentare può essere attribuita a prolungati andamenti meteorologici anomali causati dall’intensificarsi dei cambiamenti climatici. Inoltre, la catena di approvvigionamento alimentare globale è stata compromessa da conflitti internazionali come le guerre, aggravando la carenza di cibo e creando disuguaglianze nutrizionali in tutto il mondo. È interessante notare che, in mezzo a questa crisi, c’è una crescente consapevolezza dell’ambiente e della sostenibilità, che porta a un aumento della domanda di prodotti alimentari e di bellezza ecologici e di alta qualità.
I microrganismi offrono soluzioni promettenti in qualità di fabbriche di cellule per la produzione di vari ingredienti alimentari e cosmetici. Tuttavia, la commercializzazione di composti alimentari e cosmetici a base microbica è attualmente limitata a causa delle prestazioni insufficienti dei ceppi e dei processi microbici. Per affrontare questo problema, l’ingegneria dei sistemi metabolici emerge come un potente strumento per migliorare le prestazioni dei microrganismi.
Una revisione pubblicata su Nature Reviews Bioengineering illustra casi eccellenti di fabbriche di cellule microbiche in grado di produrre aminoacidi, proteine, grassi e acidi grassi, vitamine, aromi, pigmenti, alcoli, composti funzionali e altri additivi alimentari utilizzati in vari alimenti e cosmetici. Diverse aziende hanno commercializzato con successo questi materiali di derivazione microbica. La revisione approfondisce anche le diverse fasi dell’ingegneria dei sistemi metabolici, tra cui la selezione della modalità di produzione e della selezione dell’ospite, la ricostruzione della via metabolica, il miglioramento della tolleranza, l’ottimizzazione del flusso metabolico e del processo di fermentazione, l’integrazione del processo a valle e lo scale-up. Migliorando queste fasi, lo sviluppo di processi microbici ad alte prestazioni può essere notevolmente potenziato.
Applicando strategie sistemiche di ingegneria metabolica, i ricercatori hanno sviluppato numerose fabbriche di cellule microbiche ad alte prestazioni che producono una varietà di composti alimentari e cosmetici. Tra questi, sostanze naturali come i composti dell’eme e della protoporfirina IX di zinco, che migliorano il sapore e il colore della carne sintetica, nonché il licopene e il β-carotene, pigmenti naturali funzionali ampiamente utilizzati negli alimenti e nei cosmetici. Un altro esempio è l’antranilato di metile, un composto derivato dall’uva ampiamente utilizzato per conferire il sapore dell’uva nella produzione di alimenti e bevande.
Inoltre, gli autori hanno evidenziato le strategie di ingegneria metabolica che promuovono fabbriche di cellule microbiche in grado di produrre composti alimentari e cosmetici più diversificati in modo ecologico e fattibile dal punto di vista economico.
La revisione delinea anche le limitazioni attuali e le direzioni future per l’industrializzazione dei processi microbici nella produzione di composti alimentari e di cosmetici.
