Bacillus subtilis per biotecnologie sostenibili

Bacillus subtilis, a key Gram-positive model organism, is often referred to as the “Swiss Army Knife” of science and biotechnology, due to its non-pathogenic nature, ecological adaptability, metabolic versatility and physiological resilience. In addition, it has the ability to secrete degradative enzymes of industrial importance, develop itself into highly resilient spores against environmental stresses and synthesize valuable biopolymers such as poly-γ-glutamic acid (γ-PGA). This work investigates different B. subtilis strains for three applications aligned to sustainable biotechnology: γ-PGA production, valorization of agricultural wastes and sustainable production of spores. γ-PGA production has been made consistent and reproducible by optimizing its specific culture components and conditions. Cellulases and xylanases have been produced using a newly designed medium and were then used for treating vegetable waste to degrade the plant cell wall and recover polyphenols of nutraceutical importance, demonstrating how microbial enzymes can contribute to circular waste-to-value strategies. Finally, spores of B. subtilis were produced as potential seed-biopriming agents to improve crop tolerance against environmental challenges such as salinity and an alternative low-cost growth medium to reduce spore-production costs has also been proposed. In a nutshell, these approaches are a highlight of how B. subtilis is a true biotechnological workhorse and its implementation in sustainable biotechnologies can reduce agroindustrial waste, generate bio-based products and contribute to environmentally safe innovations.

Bacillus subtilis, un importante microrganismo modello Gram-positivo, è spesso definito il “coltellino svizzero” della scienza e della biotecnologia grazie alla sua natura non patogena, all’adattabilità ecologica, alla versatilità metabolica e alla resilienza fisiologica. Inoltre, possiede la capacità di secernere enzimi degradativi di interesse industriale, di formare spore altamente resistenti agli stress ambientali e di sintetizzare biopolimeri di valore, come l’acido poli-γ-glutammico (γ-PGA). Questo lavoro analizza diversi ceppi di B. subtilis in tre applicazioni legate alle biotecnologie sostenibili: produzione di γ-PGA, valorizzazione degli scarti agro-industriali e produzione sostenibile delle sue spore. La produzione di γ-PGA è stata resa costante e riproducibile grazie all’ottimizzazione dei componenti e delle condizioni di coltura specifiche. Cellulasi e xilanasi sono state prodotte utilizzando un nuovo mezzo di coltura e impiegate per il trattamento degli scarti vegetali al fine di degradare la parete cellulare e recuperare polifenoli di interesse nutraceutico, dimostrando come gli enzimi microbici possano contribuire a strategie circolari “waste-to-value”. Infine, sono state prodotte spore di B. subtilis come potenziali agenti di biopriming dei semi per migliorare la tolleranza delle colture a stress ambientali quali la salinità, e si è anche proposto un mezzo di crescita alternativo a basso costo per ridurre i costi di produzione. In sintesi, gli approcci presentati evidenziano come B. subtilis rappresenti un vero e proprio workhorse biotecnologico e come il suo impiego nelle biotecnologie sostenibili possa ridurre gli scarti agro-industriali, generare prodotti bio-based e contribuire allo sviluppo di innovazioni ambientalmente sicure.