In SilIco-study for the evaluation of oNcoprotectivE activity by analisis by highly puRified alGal phycocYanin miRNAs regulation [In SilIco-studio per la valutazione dell'attività oncoprotettiva mediante analisi della regolazione dei miRNA di ficocianina algale altamente purificata]
Il presente progetto si colloca all’interno del più ampio contesto del cambiamento climatico globale e in un’epoca di rapida transizione verso modelli industriali a basse emissioni di carbonio. In quest’ottica, è stato sviluppato un approccio integrato per la valorizzazione delle emissioni industriali di CO2, attraverso la coltivazione sostenibile di Spirulina platensis, una cianobatteria filamentosa nota per la sua elevata efficienza fotosintetica, la rapida crescita in biomassa e l’elevato contenuto di composti bioattivi ad alto valore aggiunto. L’obiettivo di questa tesi è dimostrare la fattibilità di un modello di bioraffineria in cui Spirulina platensis possa agire come piattaforma biotecnologica ecocompatibile per la cattura della CO2 atmosferica e la produzione sostenibile di un’ampia gamma di biomolecole funzionali, con potenziali applicazioni nei settori alimentare, farmaceutico e cosmetico. L’ipotesi principale è che Spirulina possa essere impiegata come biofabbrica verde per convertire la CO2 — uno dei principali gas serra — in metaboliti funzionali, attraverso processi di estrazione a basso impatto ambientale. Per validare questa ipotesi, Spirulina platensis è stata coltivata in condizioni controllate di laboratorio, con apporto regolato di CO2, arricchimento nutritivo, e parametri standardizzati di luce e temperatura, al fine di ottimizzare la produzione metabolica. La biomassa ottenuta è stata trattata secondo una logica di bioraffineria, per recuperare e valorizzare diverse frazioni biochimiche. Sono stati sviluppati protocolli di estrazione ecosostenibili, utilizzando solventi verdi (come acqua, limonene, p-cimene e 2-metiltetraidrofurano - 2-MeTHF), in combinazione con tecniche di estrazione assistita da microonde (MAE), per aumentare l’efficienza del solvente e ridurre il consumo energetico. Le frazioni estratte sono state caratterizzate mediante tecniche spettroscopiche e cromatografiche. Lo spettro UV–Vis della frazione acquosa ha evidenziato massimi di assorbimento a 277,2 nm, 347,5 nm e 639,8 nm, confermando la stabilità strutturale della ficocianina C (C-PC). Le analisi GC–MS hanno evidenziato una selettività dipendente dal solvente: i composti fenolici sono stati estratti con maggiore efficacia da p-cimene e limonene, mentre metil palmitato, metil linoleato e metil γ-linolenato — acidi grassi metilati (FAMEs) di rilevanza biologica — sono stati meglio recuperati con 2-MeTHF e limonene. La frazione proteica arricchita in ficocianina è stata ulteriormente purificata e sottoposta a test biochimici in vitro. I risultati hanno mostrato attività antiossidante, citoprotettiva e potenzialmente antitumorale, in particolare in condizioni di stress ossidativo, sottolineando il potenziale terapeutico della ficocianina in ambito medico-preventivo. Parallelamente, è stata isolata una frazione di piccoli RNA (microRNA), successivamente analizzata tramite sequenziamento di nuova generazione (NGS), che ha permesso di identificare microRNA conservati, tra cui miR166a e miR159a. Questi miRNA sono noti per regolare la crescita, l’adattamento metabolico e la risposta allo stress nelle piante fotosintetiche. In letteratura, miR159a è stato associato a effetti epatoprotettivi e anti-infiammatori, suggerendone potenziali applicazioni biomediche. Al momento non sono stati effettuati test biologici sulla frazione di microRNA, per scelta metodologica, al fine di consentire una caratterizzazione approfondita della frazione contenente ficocianina. Attualmente, gli estratti di microRNA sono sottoposti a ulteriore purificazione per migliorarne l’integrità molecolare e rimuovere eventuali contaminanti proteici e polisaccaridici, passaggio necessario prima di procedere a test cellulari. Questo lavoro evidenzia, per la prima volta, la possibile applicazione della valorizzazione della CO2 tramite Spirulina platensis, in un’ottica di tecnologia verde e bioprocessi sostenibili, per la produzione di bioattivi ad alto valore aggiunto. L’integrazione di solventi ecocompatibili, estrazione assistita da microonde e recupero simultaneo delle frazioni proteiche e di RNA, rappresenta un esempio concreto di bioeconomia verde e biotecnologie sostenibili, potenzialmente scalabili. Nel suo insieme, questa tesi contribuisce ad arricchire il panorama scientifico del settore, presentando un caso pratico di riconversione della Spirulina platensis in una piattaforma biotecnologica multifunzionale per la cattura del carbonio e la produzione di composti bioattivi. Le innovazioni introdotte costituiscono una solida base per futuri approfondimenti sul ruolo funzionale dei microRNA e sul potenziale impatto ambientale e biomedico di un modello integrato di bioraffineria.
spirulina, green extraction, phycocyanin, estrazione verde, ficocianina
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