L’industria chimica è stata la locomotiva che ha trainato il settore secondario europeo soprattutto durante la prima parte del XX secolo, e che ancora oggi, con applicazioni infinite, mantiene un ruolo importante a livello mondiale.
Purtroppo nonostante le grandi innovazioni introdotte, l’inquinamento riconducibile a queste attività, negli anni, ha fortemente impattato l’aria, il suolo e le acque, con ripercussioni su tutti gli esseri viventi, uomo compreso.
L’industria chimica spesso sfrutta reazioni che impiegano una grande quantità di energia, e accumulano prodotti di scarto difficilmente smaltibili nell’ambiente. Alte temperature, pressioni, l’uso di solventi organici o l’eccesso di fosfati, nitrati o metalli pesanti sono solo alcuni esempi di un modello produttivo spesso poco sostenibile dagli ecosistemi.
Lo sviluppo delle biotecnologie ha permesso cambiare la prospettiva con cui si guarda alle cellule, non più solo unità da preservare ma piccole ed efficienti fabbriche naturali, evolutesi in modo da avere la massima funzionalità possibile, a disposizione.
Il lavoro del biotecnologo è quello di modificare il metabolismo dell’organismo, in modo da “forzarlo” a compiere le reazioni desiderate. Un esempio di produzione di un prodotto che utilizza cellule vive è un processo che viene chiamato fermentazione.
La fermentazione può essere preferita alla sintesi chimica per diversi motivi. Per esempio permette di far avvenire più reazioni sequenziali in un unico ambiente (la cellula) all’interno di un solo contenitore (il bioreattore).
In questo modo l’industria non necessita di più reattori per far avvenire le singole reazioni, e soprattutto non perderà del materiale nello spostamento fra i contenitori, risparmiando tempo e denaro.
Inoltre la reazione avviene in condizioni blande di temperatura, pressione e pH, che risultano ottimali per degli organismi prescelti, spesso lieviti o batteri. I catalizzatori biologici, ovvero gli enzimi utilizzati dalle cellule, sono per loro natura altamente specifici e selettivi per un determinato substrato: riescono a “ignorare” impurità nella soluzione contenente il reagente o, al contrario, a far avvenire la reazione nonostante la bassa concentrazione del substrato di partenza, selezionandolo fra altre molecole.
Ovviamente non ci sono soltanto pro, ma anche alcuni contro. Ad esempio la cellula per sopravvivere ha bisogno di nutrienti che vanno continuamente forniti, con relativo quindi aumento delle spese. Inoltre le rese di produzione (ovvero il rapporto fra il substrato fornito e il prodotto ottenuto) tendono a diminuire poichè, per quanto si possa modificare l’organismo, questo non può compiere soltanto la reazione desiderata, ma deve portare a termine altre reazioni metaboliche necessarie per la sua stessa sopravvivenza.
Anche il recupero del prodotto (downstream) risulta complicato per la presenza delle cellule stesse all’interno del liquido nel quale sono cresciute (brodocoltura).