Strategie microbiologiche per la produzione di proteine alimentari alternative a quelle provenienti dall'allevamento

-For too long, livestock farming, particularly of ruminants, has been an unsustainable practice for the environment, the economy, and the welfare of the animals themselves. The most common alternative to the resulting animal proteins is plant proteins, which are often unsatisfactory in terms of palatability and functional properties. The use of organisms such as yeasts, filamentous fungi, and bacteria could provide a concrete response to the demands of the food market. This review focuses on the precision fermentation of the fungus Trichoderma reesei and the yeasts Pichia pastoris and Saccharomyces cerevisiae for two globular proteins of animal origin: β-Lactoglobulin from bovine milk and ovalbumin from chicken eggs. For the expression of these two proteins, two different approaches were primarily chosen: with T. reesei, the aim was to achieve a quantitatively greater production, albeit with structural defects in the proteins, while with the two yeasts, an approach was attempted to reach a good compromise between the desired structural characteristics and a quantitatively acceptable production. The final yields of recombinant proteins (1 g/L and 50 mg/L for BLG; 2 g/L and 132 mg/L for OVA) are satisfactory relative to the level of optimization achieved, demonstrating that the processes are feasible and promising, yet still far from the production levels necessary to appreciably replace traditional livestock farming. However, the results obtained in these studies go beyond just the quantities of proteins collected. In particular, research on S. cerevisiae has shown that significant optimization is possible based on promoters and signaling peptides, while engineered Pichia pastoris, with site-specific glycosylation and the substitution of a single amino acid, was able to produce a glycosylated BLG with four mannose units that elicited an excellent immunogenic response in mice. Although some companies have already introduced this type of protein to the market, further studies and substantial investments will be necessary for this sector to ascend to a key role in the food industry.

-Da troppo tempo l’ allevamento, in particolare dei ruminanti è una pratica insostenibile per l’ambiente, per l’ economia e per il benessere degli stessi animali. L’ alternativa più comune alle proteine animali che ne derivano sono le proteine vegetali, insoddisfacenti da un punto di vista di godibilità e proprietà funzionali. L’ utilizzo di organismi come lieviti, funghi filamentosi e batteri potrebbe costituire una risposta concreta alle esigenze del mercato alimentare. In questa review si è posta l’ attenzione sulla fermentazione di precisione del fungo Trichoderma reesei e dei lieviti Pichia pastoris e Saccharomycas cerevisiae per due proteine globulari di origine animale: la β-Lattoglobulina del latte bovino e l’ ovalbumina delle uova di gallina. Per l’ espressione di queste due proteine sono stati scelti principalmente due approcci diversi: con T. reesei si aspirava ad una produzione quantitativamente maggiore seppur con difetti strutturali sulle proteine mentre con i due lieviti si è provato un approccio volto a raggiungere un buon compromesso tra le caratteristiche strutturali desiderate e una produzione quantitativamente accettabile. I titoli finali di proteine ricombinanti (1 g/L e 50 mg/L per BLG; 2 g/L e 132 mg/L per OVA) sono soddisfacenti in relazione al livello di ottimizzazione raggiunto, dimostrando al contempo che i processi sono fattibili e promettenti ma ancora lontani dai livelli di produzione necessari a sostituire l’ allevamento tradizionale in una percentuale apprezzabile. Tuttavia i risultati ottenuti in questi studi vanno oltre le quantità di proteine raccolte, in particolare, la ricerca su S.cerevisiae ha dimostrato che è possibile una marcata ottimizzazione basata su promotori e peptidi segnali mentre Pichia pastoris ingegnerizzato, con la glicosilazione sito-specifica e la sostituzione di un singolo aminoacido è stato in grado di produrre una BLG glicosilata con mannosio a 4 unità che ha suscitato un ottima risposta immunogenica da parte dei topi. Sebbene alcune aziende abbiano già immesso questo tipo di proteine sul mercato, saranno necessari nuovi studi e ingenti investimenti per l’ ascesa di questo settore ad un ruolo chiave nell’ industria alimentare.