I filtri solari naturali proteggono la pelle dalle radiazioni nocive e allo stesso tempo riducono il rischio di reazioni allergiche. In un recente studio, i ricercatori hanno identificato un composto precedentemente sconosciuto chiamato idrossimicosporina-sarcosina legata al β-glucosio. Questa sostanza viene prodotta dai cianobatteri termofili quando sono esposti a radiazioni UV-A, UV-B e a condizioni saline. A differenza di altri aminoacidi micosporina-simili (MAA) conosciuti, questo composto è prodotto da una speciale via biosintetica. Questa scoperta apre nuove possibilità per la biotecnologia industriale incentrata sulla produzione di ingredienti naturali che filtrano i raggi UV.
Crescente interesse per una protezione UV sicura
I cianobatteri sono batteri fotosintetici che producono ossigeno e sono noti per la loro capacità di sopravvivere in ambienti difficili. Per far fronte a stress estremi, producono una serie di composti chimici. Tra questi, gli aminoacidi micosporini (MAA), piccole molecole idrosolubili che assorbono le radiazioni ultraviolette (UV). I MAA proteggono le cellule dai danni del sole e agiscono come antiossidanti neutralizzando le specie reattive dell’ossigeno (ROS) indotte dallo stress. Sebbene queste molecole abbiano una struttura di base comune, le loro variazioni portano a diverse attività e funzioni biologiche.
Con la crescente preoccupazione per i raggi UV e l’aumento dei tassi di cancro della pelle, gli scienziati sono alla ricerca di composti più sicuri che forniscano una protezione solare efficace. I filtri solari chimici convenzionali possono bloccare i raggi UV, ma sono anche associati a reazioni allergiche e ad altri effetti collaterali indesiderati. I MAA sono caratterizzati dal fatto di essere biocompatibili e di essere considerati sicuri per l’uso umano. Queste proprietà li rendono candidati promettenti per la biotecnologia sostenibile e la produzione su larga scala di alternative naturali alla protezione solare.
Scoperta nelle sorgenti calde della Thailandia
In un nuovo studio, i ricercatori guidati dal professor Hakuto Kageyama della Meijo University e dal professor Rungaroon Waditee-Sirisattha della Chulalongkorn University hanno identificato un nuovo MAA prodotto da cianobatteri termofili che vivono nelle sorgenti calde della Thailandia. Oltre a identificare una nuova molecola, la ricerca fa luce sul modo in cui questi organismi si adattano agli ambienti estremi. “Comprendere la biosintesi che risponde allo stress nei cianobatteri estremofili potrebbe accelerare la biotecnologia industriale per la produzione di pigmenti naturali e antiossidanti”, afferma il Prof. Kageyama, spiegando la motivazione alla base del lavoro. Lo studio è stato pubblicato online e successivamente pubblicato nel volume 1009 di Science of The Total Environment.
Una molecola unica con rare proprietà chimiche
Il team di ricerca ha isolato otto ceppi di cianobatteri tolleranti al calore dalla sorgente calda di Bo Khlueng nella provincia di Ratchaburi, in Thailandia. Durante gli esperimenti di laboratorio, un ceppo chiamato Gloeocapsa species BRSZ ha prodotto un composto che assorbe i raggi UV, precedentemente sconosciuto, quando viene esposto alla luce UV-A e UV-B. Il composto, identificato come β-glucosio legato all’idrossi-micosporina-sarcosina (GlcHMS326), è stato successivamente studiato in dettaglio per comprenderne la struttura e la funzione.
La GlcHMS326 è caratterizzata da tre diverse modificazioni chimiche: Glicosilazione, idrossilazione e metilazione. Queste modifiche non sono ancora state descritte nelle MAA dei cianobatteri. Le analisi genetiche hanno rivelato che i cianobatteri responsabili della produzione di questo composto contengono un insieme unico di geni associati a queste modifiche chimiche.
La produzione di GlcHMS326 aumenta in modo significativo quando i cianobatteri sono esposti a UV-A, UV-B e a condizioni di elevata salinità. Sebbene gli organismi provengano da sorgenti calde, questo composto specifico non viene attivato dallo stress termico. Le modifiche chimiche trovate nel GlcHMS326 contribuiscono alla sua struttura insolita e alle sue migliori prestazioni.
La metilazione è nota per migliorare la stabilità, l’assorbimento dei raggi UV e l’attività antiossidante dei composti MAA. Si ritiene che la glicosilazione favorisca ulteriormente la stabilità, la fotoprotezione e la difesa antiossidante. Rispetto ai MAA più comuni, il GlcHMS326 mostra una maggiore attività di scavenging dei radicali liberi, suggerendo che la sua struttura modificata gioca un ruolo chiave nel potenziamento del suo potenziale antiossidante.
Potenziale per i filtri solari eco-compatibili e non solo
Lo studio fornisce nuove conoscenze su come i cianobatteri abbiano evoluto vie metaboliche specializzate in ambienti estremi per produrre efficaci composti naturali di protezione dai raggi UV. Questo MAA unico sembra svolgere un ruolo importante nell’aiutare le specie di Gloeocapsa a tollerare lo stress ambientale e probabilmente svolge molteplici funzioni all’interno di questi cianobatteri termofili. Lo studio attuale sottolinea che i cianobatteri estremofili non sono solo importanti dal punto di vista ecologico, ma rappresentano anche un’importante area di ricerca per diverse discipline.
Il composto appena identificato è caratterizzato dalla sua versatilità e dal suo potenziale per una produzione sostenibile e su larga scala utilizzando i cianobatteri come “biofabbriche”. Potrebbe essere un’alternativa ad alcuni filtri UV sintetici che sollevano preoccupazioni ambientali e contribuire così allo sviluppo di creme solari più rispettose dell’ambiente. Grazie alle sue proprietà antiossidanti, potrebbe essere utilizzato anche in prodotti anti-età, formulazioni per la cura della pelle e prodotti farmaceutici.
“Questa scoperta ci ricorda che la natura ha ancora molte sorprese chimiche in serbo. I cianobatteri estremofili rivelano molecole insolite che possono ispirare nuove direzioni nella ricerca di base e nella biotecnologia sostenibile”, riassume il Prof. Kageyama.