Cosa sono i batteri Clostridium acetobutylicum?
Il Clostridium acetobutylicum è un batterio gram-positivo appartenente al genere dei Clostridi. Poiché il batterio è in grado di produrre butanolo e acetone attraverso gli enzimi (fermentativi), ha una particolare importanza biotecnologica. I batteri C. acetobutylicum si trovano principalmente nei sedimenti dei corpi idrici, nei terreni, ma anche in molti altri habitat. In molti organismi, il batterio C. acetobutylicum può essere rilevato anche nella flora intestinale. Come molti closteridi, il batterio è quindi classificato come ubiquitario, cioè si presume che sia presente ovunque.
Quali sono le caratteristiche del batterio Clostridium acetobutylicum?
Il Clostridium acetobutylicum è un batterio gram-positivo composto da un cromosoma circolare e un plasmide circolare. In quanto batterio anaerobico, Clostridium acetobutylicum necessita di una base priva di ossigeno per formare cellule riproduttive. In condizioni aerobiche, il batterio è in grado di formare endospore dopo poche ore. Queste possono persistere anche per diversi anni in substrati ricchi di ossigeno. In condizioni anaerobiche sono nuovamente in grado di formare endospore. Appartenente al genere dei Clostridi, il batterio può muoversi attivamente grazie ai suoi flagelli ed è classificato come ubiquitario. Il batterio Clostridium acetobutylicum è in grado di scomporre gli zuccheri (saccarolitici) e di produrre diversi prodotti di valore commerciale . Questi includono soprattutto le sostanze acetone, butanolo ed etanolo.
Quando è stato isolato per la prima volta il batterio Clostridium acetobutylicum?
Il batterio fu isolato per la prima volta tra il 1912 e il 1914 da Chaim Weizmann. Weizmann coltivò il batterio Clostridium acetobutylicum in un processo che chiamò metodo ABE. Questo metodo gli servì soprattutto per la produzione di acetone, butanolo ed etanolo. Durante la Prima Guerra Mondiale, questi prodotti furono utilizzati per la produzione di TNT, ma anche per la produzione di polvere da sparo. Soprattutto negli anni '50, il metodo ABE era ampiamente utilizzato. Attualmente, a causa della crisi dei combustibili fossili, sono in corso ricerche sull'uso del metodo ABE per identificare nuovi processi petrolchimici.
Quanto è pericoloso il Clostridium acetobutylicum?
Il batterio Clostridium acetobutylicum è completamente innocuo sia per le piante che per gli animali. Sebbene il batterio sia stato rilevato nel colon umano, non può essere considerato parte della normale flora umana. Tuttavia, non sembra essere tossico per i mammiferi, a meno che non sia presente in quantità enormi.
Come vengono utilizzati i batteri Clostridium acetobutylicum nelle biotecnologie?
Dal XX secolo, i batteri Clostridium acetobutylicum hanno svolto un ruolo importante nella biotecnologia. L'acetone che può essere ottenuto dai batteri è necessario per la produzione di gomma sintetica. L'Università di Manchester assunse Chaim Weizmann per lavorare sulla fermentazione, ovvero la conversione microbica della materia organica da parte di funghi e batteri probiotici. Durante il suo lavoro nel periodo tra il 1912 e il 1914, Weizmann riuscì a isolare diversi ceppi del cosiddetto metodo ABE, di cui divenne noto il Clostridium acetobutylicum. Rispetto ai metodi di fermentazione conosciuti fino ad allora, il metodo ABE di Weizmann offriva il vantaggio di una maggiore efficienza.
A causa dello scoppio della Prima Guerra Mondiale, la domanda di acetone aumentò notevolmente. Tra le altre cose, veniva utilizzato per la produzione di polvere da sparo senza fumo (cordite). Sebbene dopo la fine della Prima Guerra Mondiale non ci fosse più bisogno di acetone, il butanolo era ora richiesto come solvente nella produzione di vernici per l'industria automobilistica. Fino ad allora, il butanolo era un prodotto di scarto della produzione di acetone . Con la crescita dell'industria automobilistica negli anni '20, aumentò anche la domanda di butanolo.
Con l'incredibile sviluppo dell'industria petrolifera alla fine degli anni '50 e '60 e il contemporaneo aumento del prezzo della fermentazione, il metodo ABE inventato da Weizmann non poteva competere con la produzione petrolchimica . Nel 1957, la maggior parte degli impianti di fermentazione era stata chiusa. Tuttavia, poiché il prezzo del petrolio è in continuo aumento, si sta cercando di ripensare la fermentazione per la produzione di solventi industriali.
Stato attuale della ricerca sul Clostridium acetobutylicum
In particolare il butanolo, ma anche l'etanolo come prodotto di fermentazione del Clostridium acetobutylicum, è stato studiato in modo particolarmente intenso negli ultimi anni come possibile fonte di carburante alternativa per le automobili. Il butanolo ha il vantaggio, rispetto all'etanolo, di emettere meno emissioni ma anche di avere un'efficienza maggiore. Uno studio del 2006 ha proposto la fermentazione del butanolo con un nuovo processo brevettato, che intendeva sostituire il metodo ABE fino a quel momento comune. Il nuovo processo di produzione prevede l' utilizzo di fibre di mais (in particolare lo xilema) per sostituire C. acetobutylicum come substrato e produrre così butanolo in modo più economico. Il vantaggio è anche che le fibre di mais sono comunque un sottoprodotto di molti processi agricoli e quindi rappresentano una ricca fonte di substrato.
Oltre alla produzione di butanolo, C. acetobutylicum è anche al centro dell'interesse della ricerca per la produzione di gas idrogeno come fonte energetica alternativa. L'idrogeno gassoso non solo ha una grande quantità di energia, ma potrebbe anche essere estremamente utile come alternativa alla benzina , soprattutto perché non produce anidride carbonica o gas serra . Attualmente, la maggior parte dell'idrogeno gassoso viene prodotto da fonti non rinnovabili, quindi un metodo di produzione alternativo che utilizzi processi di fermentazione sarebbe estremamente prezioso. La recente ricerca sul Clostridium acetobutylicum sta quindi esaminando diversi processi di fermentazione per studiare una migliore produzione di idrogeno gassoso. Finora, come opzione di produzione, è stato presentato un reattore a letto di gocciolamento. Il reattore a letto di gocciolamento utilizza il glucosio come substrato, ma finora produce solo poco idrogeno gassoso per poterlo utilizzare a fini industriali. Tuttavia, se il metodo viene ulteriormente sviluppato, il trickle bed può essere considerato un possibile strumento di produzione per il futuro.