Bacillus licheniformis ceppo B3-15 isolato da una sorgente idrotermale dell'isola di Vulcano: dai meccanismi di resistenza alle applicazioni biotecnologiche dei suoi biopolimeri

Le sorgenti idrotermali delle isole Eolie rappresentano un ambiente estremo naturale e facilmente accessibile ideale per esplorare la biodiversità procariotica marina, per studiare come i microorganismi rispondono alla presenza di condizioni inusuali e per la ricerca e lo sfruttamento di nuove biomolecole con potenziale biotecnologico. La produzione di biofilm, come densi aggregati cellulari racchiusi in una matrice polimerica extracellulare autosintetizzata dalle stesse cellule e costituita principalmente da esopolisaccaridi (EPS), rappresenta una delle strategie di resistenza più importanti utilizzate dai microrganismi estremofili per far fronte agli stress in ambienti marini estremi come le sorgenti idrotermali. Gli EPS consentono alle cellule di aderire a superfici solide, di mantenere la corretta idratazione e disponibilità di micronutrienti e svolgono un ruolo cruciale nella resistenza a vari composti tossici e nella competizione contro predatori e agenti patogeni. Il ceppo Bacillus licheniformis B3-15, isolato da una sorgente idrotermale superficiale dell'Isola di Vulcano (Italia), è in grado di crescere in presenza di kerosene come unica fonte di carbonio e in presenza di differenti forme di As (AsIII e AsV) a varie concentrazioni. In aggiunta, esso produce differenti biopolimeri se coltivato in diverse condizioni colturali, nello specifico, un EPS (EPS-B3-15) e un biosurfattante (BS B3-15). L’EPS B3-15 è costituito da una componente principale saccaridica, formata da unità ripetitive disaccaridiche con configurazione manno-piranosidica, e una proteica, attribuita alla presenza di acido poli-γ-glutammico. Esso è solubile in acqua e stabile ad elevate temperature (fino a 220°C), caratteristiche che lo rendono potenzialmente interessante per varie applicazioni biotecnologiche, come la sintesi “green” di nanoparticelle metalliche con attività antibatterica. Per la sua composizione chimica, l’EPS è in grado di assorbire differenti forme di Arsenico (AsIII e AsV) e il coinvolgimento di vari gruppi funzionali (cioè O–H, C=O, C–O, C=C e N–O) in tale assorbimento è stato dimostrato mediante tecniche spettroscopiche. Inoltre, come valutato mediante un test della bioluminescenza, la presenza dell'EPS ha ridotto più del doppio la tossicità dell'arsenico, suggerendo un ruolo protettivo contro entrambe le forme di arsenico. Pertanto, l’EPS B3-15 potrebbe essere utilizzato, senza ulteriori trattamenti chimici, nel biorisanamento dell’arsenico come alternativa ecologica ai metodi fisici o chimici. Oltre agli EPS, altre biomolecole con attività tensioattiva ed emulsionante stanno guadagnando crescente attenzione in diversi campi di applicazione, come il biorisanamento, l’industria farmaceutica e cosmetica, perché sono alternative ecocompatibili alle loro controparti prodotte industrialmente. Quando coltivato in un differente terreno di coltura e alle idonee condizioni di crescita, il ceppo Bacillus licheniformis B3-15 è in grando di produrre un biosurfattante (BS B3-15) strutturalmente simile alla lichenisina con varie applicazioni biotecnologiche. Infatti, grazie alle sue capacità emulsionanti e di rimuovere oli da tessuti di cotone, esso potrebbe essere utilizzato nei trattamenti di terreni o di tessuti di cotone contaminati idrocarburi. Senza mostrare attività antibatterica e citotossicità su cellule umane, sia l'EPS B3-15 che il BS B3-15 hanno mostrato, a basse concentrazioni (300 µg/ml) attività antibiofilm contro Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus, batteri patogeni selezionati come organismi modello, con meccanismi coinvolti nella loro attività correlati alla diminuzione dell’idrofobicità dei patogeni e all’inibizione sia dell’adesione cellulare a superfici biotiche e abiotiche che dell’autoaggregazione cellula-cellula. L’EPS B3-15 ha, inoltre, mostrato attività antibiofilm contro Klebsiella pneumoniae e Streptococcus pneumoniae, selezionati in quanto patogeni umani delle vie respiratorie. Infine, la combinazione dell’EPS B3-15 e del BS B3-15 possedeva un’attività antibiofilm e antiadesiva su differenti superfici sui batteri patogeni testati superiore rispetto a quelle delle biomolecole testate singolarmente. Come composti solubili in acqua, non citotossici, biodegradabili e biocompatibili, l'EPS B3-15 e il BS B3-15 possiedono un’ampia gamma di possibili applicazioni biotecnologiche in ambito ambientale e biomedico.