La rivista internazionale “Biotechnology Journal” ha pubblicato di recente A biotechnological approach for the production of new protein bioplastics, lo studio che ha sviluppato il prototipo di una bioplastica a base proteica sostenibile e commestibile.
La ricerca coordinata dal Professor Andrea Pompa, docente di Fisiologia Vegetale nel Dipartimento di Scienze Biomolecolari e Prefetto dell’Orto Botanico dell’Università di Urbino, è stata condotta in collaborazione con il CNR di Perugia e il Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” dell’Università di Bologna.
Hanno firmato l’articolo Francesca De Marchis, Tania Vanzolini, Elisa Maricchiolo, Michele Bellucci, Michele Menotta, Tomas Di Mambro, Annalisa Aluigi, Andrea Zattoni, Barbara Roda, Valentina Marassi, Rita Crinelli, Andrea Pompa.
Il Professor Andrea Pompa
Professor Pompa, come nasce l’idea di uno studio sulla bioplastica?
La plastica, negli ultimi cento anni, è diventata un problema che percepisco sia come cittadino, sia come scienziato. Quindi, occupandomi di Biologia e Fisiologia vegetale ho sempre pensato che le piante potessero essere utilizzate come potenziali bioreattori per la produzione di plastiche biodegradabili, il più possibile ecosostenibili.
Quali altre istituzioni comprende la collaborazione di cui Uniurb è capofila?
L’idea alla base di questo lavoro ha preso vita durante il periodo in cui lavoravo a Perugia all’interno dei laboratori dell’Istituto di Bioscienze e Biorisorse del Consiglio Nazionale delle Ricerche, dove conducevo le mie ricerche con con il Dottor Michele Bellucci e la Dottoressa Francesca De Marchis.
Successivamente mi sono trasferito a Urbino e qui, nel laboratorio dell’Orto Botanico, coadiuvato dalla Dottoressa Elisa Maricchiolo – dottoranda che seguo in qualità di tutor – ho dato seguito allo studio su una possibile alternativa alle plastiche industriali in un nuovo, specifico progetto che, chiaramente, ha coinvolto molte e diverse competenze di varie istituzioni.
E mi riferisco al CNR di Perugia, quello di Bologna che inizialmente ha partecipato ai lavori attraverso il contributo della Dottoressa Annalisa Aluigi che nel frattempo – per un caso incredibile della vita – è diventata RTDB all’Università di Urbino. Ancora, il Dipartimento di Chimica “Giacomo Ciamician” dell’Università di Bologna, con il team guidato dal Professor Zattoni, e il Dipartimento di Scienze Biomolecolari dell’Università di Urbino con la partecipazione della Professoressa Rita Crinelli, del Professor Michele Menotta, della Dottoressa Tania Vanzolini e del Dottor Tomas Di Mambro.
Lo studio ha raggiunto l’obiettivo di intercettare la “possibile alternativa alle plastiche industriali”?
Sì. Ha sviluppato una bioplastica potenzialmente sostenibile e commestibile.
Attraverso quali processi?
Bisogna fare un discorso a monte sulla plastica che entra nelle nostre vite in tante forme di varia natura. Esiste la plastica “povera” priva di capacità meccaniche – che utilizziamo come materiale da imballaggio per intenderci – e ci sono plastiche che hanno caratteristiche meccaniche importanti prodotte con sostanze di base molto complesse che, nel nostro caso, sono le proteine.
I polimeri sono delle grandi molecole composte da una unità ripetuta, ed è la ripetizione di questa unità che fa scaturire le proprietà fisico-meccaniche del polimero finale. Per fare un esempio possiamo pensare a una rete da pesca: una singola maglia non è in grado di pescare alcunché, ma migliaia di maglie legate una all’altra creano le caratteristiche fisico-meccaniche per poter pescare.
In natura esistono molti polimeri formati da unità ripetute di una proteina, alcuni di questi presentano qualità tecniche formidabili. Pensiamo, ad esempio, al potere di trazione della seta del ragno che è superiore di 4 o 5 volte rispetto a quello dell’acciaio, o alle straordinarie proprietà termoisolanti della lana.
Ecco, noi abbiamo agito sulla proteina contenuta nei semi di fagiolo e, modificandola geneticamente attraverso processi biotecnologici che hanno coinvolto bioreattori vegetali e batterici, abbiamo sviluppato un nuovo biomateriale in grado di generare catene polimeriche molto lunghe e che, sottoposto a processi di plastificazione, si è dimostrato un potenziale prototipo di bioplastica ecosostenibile e commestibile.
Proviamo a dare un senso più circoscritto al termine “commestibile”?
Commestibile non significa che dobbiamo mangiarla noi umani, è chiaro. Il grande problema della plastica è che una volta utilizzata dev’essere dismessa. Ora, tutte le plastiche biodegradabili quando diventano rifiuti possono essere degradate dall’ambiente, dalla natura. La bioplastica che abbiamo generato nei nostri laboratori ha un valore in più perché non solo si degrada naturalmente, ma può essere anche mangiata da animali e insetti.
Se i cumuli di plastica che invadono gli oceani fossero fatti del materiale che abbiamo prodotto noi in laboratorio potrebbero essere mangiati dalle balene, che così otterrebbero il vantaggio di assumere una proteina molto nutriente con la sola controindicazione di un eventuale accumulo di gas nello stomaco. Del resto si tratta di fagioli!
Se dispersa nell’ambiente in quanto tempo potrebbe degradarsi questa bioplastica?
Qualunque cosa abbia un valore nutritivo viene subito riconosciuta dall’ecosistema come mangiabile, quindi da topi, bruchi, uccelli e quant’altro. Per cui se questa plastica la mangia un topo è subito degradata, se invece la si lascia sotto la terra umida si degraderà nello stesso tempo in cui si degrada un fagiolo disperso nell’ambiente.
In quali settori produttivi potrà essere impiegato il materiale?
La bioplastica sembra avere caratteristiche importanti tali da trovare spazio, presumibilmente, nella produzione non solo di imballaggi, ma anche di materiale biomedico come compresse a rilascio programmato o garze di ultima generazione del tipo di quella a scomparsa programmata, oppure di materiali plastici che abbiano proprietà meccaniche da utilizzare in molti settori industriali. Tutto è possibile, ma tutto è ancora da sviluppare e verificare.
Mi pare di capire che lo studio sia nella sua fase embrionale, è esatto?
Sì, si è appena conclusa la fase iniziale dello studio nel corso della quale abbiamo potuto produrre solo poche quantità di materiale nei nostri laboratori. Nei prossimi step, aumentando i volumi di produzione potremo potenziare le analisi e scoprire le reali caratteristiche tecniche della bioplastica.
Immagino che la ricerca continui.
Esatto. Il Dottor Pasquale Creanza ha appena preso servizio presso i nostri laboratori con una borsa di dottorato in “Biomolecular and Health Sciences” finanziata dai fondi Fondi PNRR ex D.M.1 18/2023. Lo studio si occuperà della Produzione di un biopolimero a base proteica, tramite biotecnologie vegetali per la sintesi di bioplastiche ecocompatibili.
Per un periodo di sei mesi farà anche ricerca nei laboratori della University of Natural Resources and Life Sciences di Vienna, sotto la supervisione della Professoressa Eva Stöger, con l’obiettivo di sviluppare possibili metodi d’uso alternativi del nostro materiale su piante diverse da quella che abbiamo utilizzato finora. Al momento adoperiamo la pianta di tabacco che è una “pianta modello” – per capirci è il corrispettivo del topo per chi fa ricerca in Medicina – ma sarebbe importante trasferire questa possibilità a piante di cui si utilizza solo una parte e si elimina il resto come scarto.
Per noi sarebbe interessante applicare i principi dello studio, ad esempio, alle coltivazioni di mais, che in Italia è, dopo il frumento, la coltura cerealicola più importante. In questo modo, per una quota si potrebbe generare la spiga, e per l’altra – dalle foglie – si potrebbe produrre la nostra bioplastica, contribuendo così a favorire un modello di economia ecosostenibile e circolare. Quindi, sì la ricerca continua con grande impegno ed entusiasmo.