Amido dal lievito
I ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno utilizzato il lievito per far produrre amido a un organismo non vegetale per la prima volta. Con l'aiuto del nuovo sistema modello, possono ora studiare facilmente come si forma l'amido e quale ruolo svolgono gli enzimi coinvolti in questo processo. In futuro, potrebbe essere possibile sperimentare modifiche mirate all'amido nel lievito.
In realtà, solo le piante e le alghe producono amido. Recentemente anche il lievito è stato in grado di farlo. Almeno nei laboratori del gruppo guidato da Samuel Zeeman, professore di biochimica vegetale presso l'Istituto di scienze agrarie dell'ETH di Zurigo. I ricercatori sono riusciti a integrare il lievito nei macchinari della pianta che producono lo zucchero immagazzinato. "Una prima volta", come sottolinea Zeeman.
Enzimi vegetali trasferiti
Per raggiungere questo obiettivo, Barbara Pfister, la ricercatrice principale di questo progetto, ha estratto il genoma del crescione (Arabidopsis thaliana) le cianografie di sette enzimi coinvolti nella sintesi dell'amido. Li ha inseriti nel genoma del lievito. Ha anche rimosso tutti gli enzimi coinvolti nella sintesi del glicogeno, lo zucchero di conservazione del lievito. Questo perché avrebbero interferito con la sintesi dell'amido.
I ricercatori hanno generato un totale di oltre 200 ceppi di lievito. Alcuni con tutti e sette gli enzimi, altri con diversi set ridotti. Di conseguenza, i ceppi producevano amido simile a quello prodotto da Arabidopsis assomiglia fortemente, nessun prodotto di forza o di forza con vari gradi di cambiamento.
Il lievito produce in realtà amido
I ricercatori hanno utilizzato diversi metodi per studiare esattamente ciò che il lievito produce. Oltre alla classica colorazione allo iodio e a metodi di imaging consolidati, è stato utilizzato anche il metodo ptipografico recentemente sviluppato presso l'Istituto Paul Scherrer. pagina esternaTomografia crio-radiografica utilizzato. I ricercatori lo hanno utilizzato per determinare la densità dei prodotti realizzati nella cellula di lievito.
Il risultato: i ceppi che contenevano tutti e sette gli enzimi producevano amido che differiva da quello di Arabidopsis-La differenza di resistenza è minima. Tuttavia, i prodotti dei ceppi privi di uno o più enzimi sono stati sorprendenti: A seconda della combinazione, alcuni di essi producevano comunque un tipo di amido.
L'amido in modo indiretto
"La sintesi dell'amido non è lineare", spiega Zeeman. "I ricercatori sono riusciti a dimostrare che la sintesi dell'amido funziona anche senza l'enzima debranching, a seconda della combinazione di altri enzimi. Durante la sintesi dell'amido, questo enzima rimuove le ramificazioni in eccesso nelle catene di zucchero risultanti e in precedenza era considerato indispensabile per la formazione dell'amido.
"Il sistema del lievito è attualmente uno strumento di ricerca", spiega l'ETH. Questo permette di simulare la sintesi dell'amido e quindi di studiare in modo più dettagliato i singoli ruoli degli enzimi coinvolti e la formazione della complicata struttura dell'amido. "È molto più veloce e semplice che nelle piante", sottolinea Zeeman. Alla domanda sulle applicazioni future, aggiunge: "Naturalmente, è possibile sperimentare nuove modifiche all'amido nel sistema del lievito, cercando così di migliorarne le proprietà per determinate applicazioni".
Una nuova direzione con il lievito
Per questo progetto finanziato dal FNS, il gruppo di Zeeman ha lavorato per la prima volta con il lievito. Ora lui e Barbara Pfister vogliono studiare più in dettaglio la sintesi dell'amido nel lievito a livello di sistema. A tal fine, stanno lavorando con modellatori matematici per simulare il processo in un modello computerizzato.
L'amido è un ingrediente importante di alimenti come il mais, il riso e le patate. È estremamente interessante per la produzione di materiali biodegradabili. E viene utilizzato in molti luoghi dove non ci si aspetterebbe, come ad esempio per rivestire la carta. Il materiale viene ulteriormente ottimizzato per varie applicazioni.
Letteratura di riferimento
Pfister B, Sánchez-Ferrer A, Diaz A, Lu K, Otto C, Holler M, Razvi Shaik F, Meier F, Mezzenga R, Zeeman SC. Ricreare la sintesi dei granuli di amido nel lievito. Elife, pubblicato il 22 novembre 2016, DOI pagina esterna10.7554/eLife.15552.