Potenziale cellulosolitico di ceppi di Bacillus: uno studio comparativo per lo sviluppo di carta bioattiva

The global consumption of Flushable Consumer Products (FCPs), particularly toilet paper, presents significant environmental and infrastructural challenges, representing a primary cause of sewer pipe blockages. Bacterial bioremediation offers a sustainable solution by incorporating bacterial spores into tissue paper to accelerate substrate degradation post-disposal. Among candidate microorganisms, species of the genus Bacillus stand out for their robust sporulation capacity, non-pathogenic safety profiles, and powerful extracellular cellulolytic machinery. This work investigates the cellulolytic potential and biosafety profiles of three wild-type strains (Bacillus subtilis, Bacillus velezensis, and Bacillus amyloliquefaciens) alongside an engineered non- GMO Bacillus subtilis strain (PB5946) to evaluate their suitability for bioactive paper development. Bioinformatic genome screening confirmed the presence of key endoglucanase and β-glucosidase genes while establishing a clean antimicrobial resistance profile across the strains. Phenotypic and kinetic characterizations validated by flow cytometry revealed that the engineered B. subtilis PB5946 exhibited superior growth dynamics and cellulase secretion, as demonstrated by enzymatic index assays on carboxymethylcellulose (CMC). Furthermore, scanning electron microscopy and gravimetric mass-loss assays confirmed severe microstructural fiber truncation and significant paper degradation over a seven-day period. Overall, these approaches highlight how Bacillus strains can serve as effective bioactive agents in sustainable tissue paper manufacturing, providing an innovative biotechnological strategy to mitigate sewer infrastructure blockages and contribute to environmentally safe innovations.

Il consumo globale di prodotti monouso lavabili (Flushable Consumer Products, FCP), in particolare la carta igienica, presenta significative sfide ambientali e infrastrutturali, rappresentando una delle principali cause di ostruzione delle condutture fognarie. La bioremediazione batterica offre una soluzione sostenibile mediante l'incorporazione di spore batteriche nella carta per accelerare la degradazione del substrato dopo lo smaltimento. Tra i microrganismi candidati, le specie del genere Bacillus si distinguono per la loro elevata capacità di sporulazione, i profili di sicurezza non patogeni e un potente apparato cellulosolitico extracellulare. Questo lavoro analizza il potenziale cellulosolitico e i profili di biosicurezza di tre ceppi wild-type (Bacillus subtilis, Bacillus velezensis e Bacillus amyloliquefaciens) affiancati da un ceppo ingegnerizzato non-GMO di Bacillus subtilis (PB5946), al fine di valutarne l'idoneità per lo sviluppo di carta bioattiva. Lo screening bioinformatico del genoma ha confermato la presenza dei geni chiave per endoglucanasi e β-glucosidasi, delineando al contempo un profilo di resistenza agli antibiotici privo di criticità nei diversi ceppi. Le caratterizzazioni fenotipiche e cinetiche validate tramite citometria a flusso hanno rivelato che il ceppo ingegnerizzato B. subtilis PB5946 ha mostrato dinamiche di crescita e secrezione di cellulasi superiori, come dimostrato dai saggi dell'indice enzimatico su carbossimetilcellulosa (CMC). Inoltre, la microscopia elettronica a scansione e i saggi gravimetrici di perdita di massa hanno confermato una marcata rottura delle fibre e una significativa degradazione della carta nell'arco di sette giorni. Nel complesso, questi approcci evidenziano come i ceppi di Bacillus possano fungere da efficaci agenti bioattivi nella produzione sostenibile di carta igienica, fornendo un'innovativa strategia biotecnologica per mitigare gli intasamenti delle infrastrutture fognarie e contribuire a innovazioni ecologicamente sicure.