Noi tutti conosciamo le macroalghe, comunemente chiamate semplicemente “alghe”, vale a dire quegli organismi acquatici fotosintetici pluricellulari simili alle piante. Meno note, forse, sono le microalghe, organismi unicellulari microscopici fotosintetici, ubiquitari degli ecosistemi acquatici.
Con il termine “microalghe” ci si riferisce in realtà sia a microrganismi eucarioti (cioè dotati di nucleo delimitato da membrana) sia procarioti (cioè privi di un nucleo ben definito). Le microalghe procariote sono i cianobatteri, noti ai più come “alghe verdi-azzurre” per la loro caratteristica colorazione.
I cianobatteri sono organismi evolutivamente antichi, si ritiene che la loro origine risalga a più di 3.5 miliardi di anni fa e che siano stati i primi organismi capaci di svolgere la fotosintesi, contribuendo quindi in modo significativo alla formazione di ossigeno negli oceani e al proliferare della vita sulla terra. Forse pochi sanno che, ancora oggi, più di metà dell’ossigeno atmosferico è prodotto a livello globale proprio dalle microalghe, che rivestono quindi una importanza ecologica chiave per il nostro Pianeta.
Ma la loro utilità per un futuro più verde e sostenibile va ben oltre.
Siamo consapevoli che stiamo erodendo le risorse ambientali e causando un inquinamento antropico -correlato principalmente dall’aumento delle emissioni dei gas serra, costituiti per la maggior parte (>75%) da CO2, che sta progressivamente causando i drastici cambiamenti climatici di cui siamo testimoni. Inoltre, si stima un aumento della popolazione mondiale pari a 9 miliardi di persone entro il 2050. Da una parte quindi la necessità di ridurre l’impatto ambientale e dall’altra quella di trovare fonti alternative di cibo per non gravare sulle risorse agricole e idriche limitate. Come coniugare queste necessità? Le microalghe possono venire in nostro soccorso. Ecco come.
Microalghe per la neutralità climatica
Le microalghe sono capaci di catturare la CO2 in modo più efficiente rispetto alle piante terrestri, inoltre crescono più velocemente e non richiedono l’utilizzo di terra arabile né di acqua potabile –la crescita può essere accoppiata anche alla depurazione di acque reflue-, permettendo quindi una più efficiente gestione delle risorse. È stato stimato che la produzione di 280t di biomassa secca per ettaro all’anno possa consentire di eliminare circa 513t di CO2. La biomassa algale prodotta può essere valorizzata per un ampio spettro di applicazioni: biocarburanti di terza generazione per il settore delle energie rinnovabili, prodotti ad alto valore aggiunto per la nutraceutica, la farmaceutica e la cosmesi, proteine come sostituti dei mangimi, nonché biostimolanti e ammendanti per l’agricoltura.
Dati alla mano, non sorprende quindi che negli ultimi decenni le alghe unicellulari abbiano riscosso grande interesse da parte sia del mondo scientifico che industriale quale promettente alternativa nel settore delle energie rinnovabili e come “nuovi alimenti” a basso impatto ambientale.
Microlaghe: imparando dal passato per il cibo del futuro
Le alghe marine sono state raccolte e consumate dalle comunità costiere di tutto il mondo fin dall’inizio della civiltà umana, in base alle prime testimonianze archeologiche che risalgono a circa 14.000 anni fa. Oggi, grazie ad una crescente internazionalizzazione delle abitudini alimentari, siamo sempre più abituati a vedere nei nostri piatti le macroalghe, basti pensare alle deliziose alghe NORI (Porphyra/Pyropia spp.), KOMBU (Laminaria/Saccharina spp.) e WAKAME (Undaria spp.), tipiche della cucina asiatica.
Ma anche le microalghe sono note fin dai tempi antichi come alimenti di elevato valore nutrizionale. Per esempio è noto che il cianobatterio Spirulina (nome comune del genere Arthrospira) abbia rappresentato un elemento base per le popolazioni degli indigeni latino-americani già nel XVI secolo. Come descritto da uno dei soldati di Cortés, gli Aztechi raccoglievano dal lago Texcoco la Spirulina, chiamata dai locali Tecuitlatl, (significato letterale “escrementi della pietra” perché la Spirulina veniva raccolta dalle sponde rocciose dal lago). Era seccata e utilizzata per produrre e vendere piccoli pani verdi e piatti dal gusto simile al formaggio o consumata in combinazione con altri cibi. Oggi la Spirulina è stata riscoperta come “super food” del XXI secolo, grazie alle sue straordinarie proprietà nutrizionali. Infatti è particolarmente ricca di proteine e vitamine, oltre a sali minerali e acidi grassi essenziali ed è l’integratore alimentare a base di microalghe ad oggi più commercializzato a livello globale. È ormai così apprezzata che persino grandi catene internazionali, come l’IKEA l’hanno inserita nei menù vegetariani.
Oltre alla Spirulina, le principali specie prodotte su larga scala e disponibili in commercio sono le alghe verdi Chlorella, Haematococcus e Dunaliella. Similmente alla Spirulina, la Chlorella è ricca di proteine, polisaccaridi, lipidi, vitamine e carotenoidi ed è commercializzata principalmente come integratore nutrizionale. Mentre Haematococcus e Dunaliella vengono coltivati principalmente per la produzione, in condizioni di stress, di carotenoidi di alto valore, rispettivamente astaxantina e beta-carotene.
Microalghe preziose fabbriche verdi
L’Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria del CNR di Milano possiede una ricca collezioni di ceppi di microalghe (cianobatteri, alghe verdi e diatomee) ed è impegnato negli studi della fisiologia e fotosintesi di questi microrganismi nell’ottica di migliorare la loro efficienza fotosintetica e di implementare innovativi processi biotecnologici volti all’utilizzo di queste preziose fabbriche verdi per la cattura e la valorizzazione della CO2 e reflui dell’industria agro-alimentare in prodotti ad alto valore aggiunto, con particolare attenzione ai pigmenti carotenoidi.
Nel nostro progetto di ricerca “CYAO: Cyanobacterial Platform Optimised for Bioproduction”, finanziato da Fondazione Cariplo e recentemente concluso, abbiamo sviluppato un ceppo di cianobatterio capace di sintetizzare efficientemente la preziosa astaxantina, ad oggi naturalmente prodotto in condizioni di stress unicamente dall’alga Haematococcus. Questa produzione risente quindi di forti limitazioni nella quantità e qualità delle rese, da qui l’interesse a sviluppare un sistema biologico alternativo per la sua sintesi. L’astaxantina è attualmente il carotenoide con il più alto prezzo di mercato dal momento che riveste una importanza chiave nel settore dell’acquacoltura, essendo il pigmento che conferisce la classica colorazione rosa ai gamberetti e ai pesci (es. trota salmonata), ma trova anche ampie applicazioni nei settori della nutraceutica, cosmetica e farmaceutica grazie alle sue straordinarie proprietà antiossidanti e numerosi effetti benefici sulla salute umana.
Il nostro cianobatterio “CYAO” potrebbe quindi trovare numerosi impieghi in diversi settori di interesse applicativo. “CYAO” sarà prossimamente validato in sistemi fotobioreattoristici in scala di laboratorio. In prospettiva, la produzione ottimizzata su larga scala potrebbe rappresentare essere una valida alternativa all’attuale sistema di produzione dell’astaxantina.
Autore: Barbara Menin
