{"id":3193,"date":"2019-12-04T00:10:30","date_gmt":"2019-12-04T00:10:30","guid":{"rendered":"http:\/\/www.ocean4future.org\/savetheocean\/?p=3193"},"modified":"2023-09-21T22:13:41","modified_gmt":"2023-09-21T20:13:41","slug":"spazzini-biotech-a-cura-di-eliana-marchisio","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ocean4future.org\/savetheocean\/archives\/3193","title":{"rendered":"Spazzini Biotech a cura di Eliana Marchisio"},"content":{"rendered":"tempo di lettura: <\/span> 10<\/span> minuti<\/span><\/span>

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\nlivello elementare<\/span><\/a><\/p>\n

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\nARGOMENTO: AMBIENTE<\/span><\/strong>
\nPERIODO: XXI SECOLO<\/span><\/strong>
\nAREA: PROTEZIONE<\/span><\/strong>
\nparole chiave: batteri<\/p>\n

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Batteri mangia petrolio<\/span><\/strong><\/span>
\nNella societ\u00e0 moderna, pi\u00f9 dell\u201980% delle attivit\u00e0 umane sono strettamente legate alla produzione di energia generata dalla combustione del petrolio. L\u2019utilizzo di questa risorsa naturale fossile offre all’Uomo moderno irrinunciabili benefici e comodit\u00e0. Per contro, si rendono necessari determinazione e impegno nel ridurre al minimo le contaminazioni e il degrado ambientale che le immissioni di idrocarburi possono provocare negli ecosistemi terrestri e acquatici.<\/span><\/span><\/p>\n

Il petrolio greggio \u00e8 costituito da una miscela di sostanze che presentano una differente struttura molecolare mantenendo la stessa struttura chimica: gli idrocarburi, molecole formati da atomi di carbonio e di ossigeno. Gli sforzi profusi per preservare tutti gli ecosistemi da immissioni d\u2019idrocarburi sono multidisciplinari, coinvolgono diversi settori della scienza e dell\u2019industria e perseguono obbiettivi diversi. Ad esempio sono necessarie attivit\u00e0 come la prevenzione delle immissioni accidentali e croniche, l\u2019attuazione di strategie d\u2019intervento capaci di minimizzare le conseguenze ambientali ed economiche delle contaminazioni, la bonifica e il recupero d\u2019aree gi\u00e0 profondamente compromesse. <\/span><\/span>In questo scenario d\u2019attenzione per il mondo in cui viviamo, le biotecnologie trovano una naturale applicazione pratica nella soluzione dei problemi ambientali. <\/span><\/p>\n

L\u2019European Federation of Biotecnology (EFB) <\/span><\/strong>definisce il significato delle biotecnologie ambientali come l\u2019uso combinato di scienze naturali e scienze ingegneristiche allo scopo di utilizzare organismi viventi (come batteri e piante), cellule, parti di essi e molecole simili ad essi per uno sviluppo sostenibile. Questa definizione apparentemente astratta ha invece molte applicazioni concrete. La ricerca nell’ambito delle biotecnologie ambientali \u00e8 rivolta al raggiungimento di obbiettivi che supportano l\u2019attuazione della sostenibilit\u00e0 energetica e ambientale con la protezione delle risorse naturali, la prevenzione di danni ambientali, il trattamento dei rifiuti solidi e liquidi, il trattamento delle emissioni gassose, il bio risanamento di aree contaminate, lo sviluppo di prodotti e processi che generino meno rifiuti e riducano il consumo energetico.<\/span><\/p>\n

La scoperta<\/span>
\n<\/span><\/strong>I piani di tutela del territorio si concretizzano anche nelle operazioni di depurazione delle acque marine inquinate e nella bonifica di suoli e sedimenti marini contaminati, i metodi usati si avvalgono dell\u2019utilizzo di tecnologie innovative.<\/span> <\/span><\/span><\/p>\n

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Il batterio Alcanivorax borkumensis<\/span><\/strong><\/figcaption><\/figure>\n

In particolare, si sta rivelando emergente un settore all’avanguardia delle biotecnologie ambientali: la Bio-remediation<\/span><\/strong> o Bio-risanamento<\/span><\/strong>. Con questo termine si definisce l\u2019impiego di microrganismi per la rimozione di contaminanti da sistemi acquatici e terrestri (mare e suolo). Il processo si basa sulla diversit\u00e0 metabolica delle comunit\u00e0 microbiche naturali. Questo vuol significare che si utilizzano tecniche che fanno leva sulla naturale predisposizione di alcuni batteri a produrre enzimi capaci di degradare gli idrocarburi di cui \u00e8 composto il petrolio. Gli enzimi sono proteine identificate come tali in base al compito che svolgono, si classificano dunque rispetto a quale substrato (composto) attaccano. Il lavoro degli enzimi \u00e8 di funzionare da catalizzatori, cio\u00e8 da promotori, facilitando una determinata reazione. Queste proteine agiscono abbassando la quantit\u00e0 d\u2019energia che serve perch\u00e9 una reazione chimica si compia. Un esempio preso dalla vita quotidiana, la pulizia dei vestiti con un detersivo: molte macchie di sporco sono d\u2019origine naturale e quindi gli enzimi sono presenti nei detergenti per la lavatrice, mentre le macchie d\u2019unto come olio e grasso vengono facilmente rimosse dalle lipasi oppure le macchie di origine proteica (come il sangue) vengono pi\u00f9 facilmente lavate via se nel sapone ci sono delle proteasi.<\/span><\/p>\n

I microrganismi utilizzati nelle pratiche di bio risanamento sono molto interessanti perch\u00e9 si tratta di batteri idrocarburo-clastici <\/span><\/strong>(da qui la sigla BIC<\/span><\/strong>) vale a dire che si \u201cnutrono\u201d di petrolio utilizzandolo per i loro processi metabolici. Inoltre hanno la caratteristica di essere autoctoni degli ecosistemi marini (considerati siti di bonifica da idrocarburi), il che significa che gli spazzini del mare per natura vivono in grande numero nelle acque dove \u00e8 presente del petrolio perch\u00e9 appunto lo \u201cmangiano\u201d.  Fin dall’inizio degli anni \u201970, vari ricercatori hanno rivolto sempre maggior interesse allo studio di microrganismi capaci di distruggere parzialmente o completamente il petrolio e i suoi derivati che si ritrovano accidentalmente nei mari. In particolare nell’ultimo decennio, sono avvenuti degli sviluppi decisivi nel campo della bioinformatica (disciplina che si occupa dello studio, dello sviluppo e dell\u2019integrazione di strumenti informatici al servizio della ricerca scientifica in campo biotecnologico), della biochimica e della biologia molecolare. Anche la microbiologia ormai si avvale di tecniche e metodi d\u2019indagine efficaci ed impensabili fino a pochi anni fa.<\/span><\/p>\n

La nomenclatura dei batteri<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

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La nomenclatura latina usata per i batteri (ed anche per Lieviti e Muffe) deve interpretarsi come se i microrganismi avessero un cognome ed un nome, per esempio Acinetobacter <\/span><\/em><\/strong>\u00e8 il cognome che corrisponde al genere a cui appartengono numerose specie di batteri mentre venetianus<\/span><\/em><\/strong> \u00e8 il nome della specie  in quanto scoperta nelle acque della laguna di Venezia. <\/span><\/p>\n\n\n\n
Una curiosit\u00e0 riguardo alle specie di batteri che appartengono al genere <\/span>Acinetobacter<\/span><\/em> \u00e8 che riescono a sopravvivere nel sapone e nei composti disinfettanti;  inoltre si ritrovano anche sulla nostra pelle con una probabilit\u00e0 di incidenza  che arriva fino al 25%. Ancora non si \u00e8 scoperto se per l\u2019uomo questi siano batteri contaminanti o innocui commensali cio\u00e8 ospiti innocui.<\/span><\/span><\/span><\/strong><\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Nella laguna di Venezia<\/span><\/span><\/strong><\/span>
\nAddentriamoci maggiormente nei ritrovamenti in acque italiane di questi microrganismi \u201camici dell\u2019ambiente\u201d avvenuti sia al Nord sia al Sud della penisola. Nel 1996, nelle acque della Laguna di Venezia fu isolato un batterio denominato Acinetobacter venetianus<\/span><\/strong><\/em>, in grado di svolgere numerose tappe del processo di degradazione del gasolio-petrolio. Dopo questa prima scoperta, diversi studi sono stati condotti sui microrganismi originari di quella zona di mare con lo scopo di caratterizzare una comunit\u00e0 microbica costituita oltre che da Acinetobacter venetianus<\/span><\/strong><\/em>, dai ceppi batterici di Pseudomonas putida<\/em> e Alcaligenes faecalis<\/span><\/strong>.<\/span><\/p>\n

Studi in laboratorio<\/span><\/strong><\/span>
\n<\/b>In laboratorio i microrganismi delle diverse specie sono studiati in colture batteriche singole, in pratica si riempiono delle provette e delle piastre di Petri (contenitori rotondi di plastica trasparente adatti a far crescere colonie di batteri, lieviti e muffe) con il terreno selettivo specifico adatto e con opportune diluizioni per ogni specie che forma la comunit\u00e0. Poi, ad intervalli di tempo prefissati, si segue la crescita di colture batteriche miste formate da tutte le diverse specie che popolano la comunit\u00e0 microbica. Lo scopo \u00e8 quello di studiare le dinamiche dei microbi in un microcosmo (un ambiente ricreato e semplificato in laboratorio che ha le caratteristiche essenziali di un sistema naturale pi\u00f9 grande) che contiene l\u2019idrocarburo che dovrebbe essere metabolizzato. Questo \u00e8 il primo passo che viene affrontato dai ricercatori per capire il modo in cui le cellule batteriche aderiscono alle particelle di gasolio o di petrolio anche per conoscere il complicato meccanismo di interazioni che si vengono a creare fra i vari microrganismi che condividono lo stesso habitat.<\/span><\/p>\n

Se vogliamo addentrarci pi\u00f9 specificatamente nella vita quotidiana degli \u201cspazzini marini\u201d, gli studi di microbiologia non bastano ed \u00e8 necessario ricorrere alla biologia molecolare perch\u00e9 le colture batteriche vengono trattate con varie tecniche di analisi molecolare per studiare l\u2019immagine del DNA. In questo modo alcuni tratti del DNA dei microbi vengono clonati e ne vengono quantificate le dimensioni e la posizione precisa. <\/span>Per meglio comprendere il diverso lavoro di questi biologi immaginiamo una cellula batterica come un piccolo paese sorvolato da un aliante: se il pilota \u00e8 un microbiologo vola a 200 metri d\u2019altezza e scatta una foto a tutto il centro abitato e i suoi dintorni, se invece a sorvolare la zona \u00e8 un biologo molecolare si abbasser\u00e0 a 20 metri e nella sua foto si vedranno bene le strade, i tetti e le finestre delle case, e alcune insegne dei negozi saranno leggibili. Entrambe le foto sono ugualmente necessarie per comprendere il nome del paese e come si svolge la vita fuori e dentro di esso.<\/span><\/p>\n

Lungo le coste siciliane<\/span><\/strong><\/span>
\n<\/b>L\u2019Istituto per l\u2019Ambiente Marino Costiero sezione di Messina (IAMC \u2013 ME) si occupa dello studio dei BIC, della loro distribuzione geografica, di approfondire la conoscenza delle caratteristiche genetiche, di capire come funzionano e del loro potenziale utilizzo nei processi d\u2019attenuazione naturale negli ambienti marini contaminati da petrolio. Questo istituto di ricerca italiano coordina diversi progetti nazionali ed internazionali e il loro possibile utilizzo nelle pratiche di biorisanamento ambientale. In tale contesto, numerose aree costiere siciliane sono monitorate con lo scopo di analizzare la distribuzione dei diversi gruppi tassonomici cio\u00e8 l\u2019attribuzione di una nomenclatura che permette di classificare i batteri mangia petrolio attraverso le tecniche microbiologiche e di biologia molecolare, come per i batteri scoperti nelle acque marine veneziane. Anche a questi \u201cspazzini\u201d \u00e8 stato dato un cognome e un nome, conosciamoli meglio. <\/span><\/p>\n

Nel 2003, fra i vari batteri isolati sono stati descritti dei nuovi generi: Alcanivorax<\/em> il cui corredo genetico \u00e8 stato totalmente sequenziato (si conoscono cio\u00e8 tutti i tratti del suo DNA), Oleiphilus<\/em>, Thalassolituus<\/em> e Oleispira<\/em>. Tutte le specie di batteri appartenenti a questi quattro generi sono formate da microrganismi marini obbligati capaci di sopravvivere solo nell\u2019acqua del mare e da organismi definiti ubiquitari perch\u00e9 si trovano negli ambienti oceanici ed in particolare dove \u00e8 presente il petrolio. Un dettaglio della vita dei batteri appartenenti al genere Oleispira \u00e8 che sono organismi psicrofili, questa parola significa che la loro temperatura di crescita ottimale \u00e8 inferiore ai 15\u00b0C, in particolare vivono bene fra i 2 e i 4\u00b0C.<\/span><\/p>\n

La ricerca in Antartide<\/span><\/strong><\/span>
\n<\/b>Da qualche anno l\u2019Antartide \u00e8 anche meta di ricercatori che svolgono indagini sui batteri in grado di ridurre l\u2019inquinamento da idrocarburi nel mare. Le ricerche hanno lo scopo di approfondire la conoscenza di batteri e cianobatteri antartici, attraverso il campionamento di colonne d\u2019acqua, acqua di superficie, carote di sedimenti e di ghiaccio, organismi viventi (in particolare batteri e spugne), per conoscere la biodiversit\u00e0 e scoprire nuovi composti con potenzialit\u00e0 applicative in biotecnologia.<\/span><\/p>\n

Ma perch\u00e9 tanto interesse per i microrganismi marini antartici?<\/span><\/strong><\/span>
\nGli oceani rappresentano pi\u00f9 del 70% della terra, ogni goccia d\u2019acqua di mare \u00e8 animata da microrganismi che per la maggior parte l\u2019Uomo non conosce: si stima che nove specie di batteri su dieci siano ancora sconosciute! I batteri che vivono nei mari freddi sono molto promettenti perch\u00e9 si sono adattati a temperature costantemente basse, quindi per crescere e sopravvivere hanno dovuto ottimizzare il loro. Inoltre per la loro capacit\u00e0 d\u2019adattamento in ambienti estremi, questi batteri non sono stati gi\u00e0 trovati in altri ecosistemi e quindi appartengono a generi sconosciuti e nuove specie. Lo studio dei meccanismi con i quali affrontano il \u201clavoro di mangiare il petrolio\u201d \u00e8 di estremo interesse dal punto di vista biotecnologico per capire come sono fatti e che tipo d\u2019enzimi e composti producono per degradare il petrolio e i suoi derivati. Infatti questi batteri sono molto efficienti in condizioni climatiche che normalmente provocano un rallentamento del metabolismo. Molto semplicemente le biotecnologie cercano di usare gli strumenti perfetti che nel micro \u2013 mondo batterico sono conosciuti da sempre.<\/span><\/p>\n

Dal laboratorio al mare<\/span>
\n<\/span><\/strong><\/span>A questa domanda fondamentale facciamo virtualmente rispondere Michail Yakimov<\/strong><\/span>, un  ricercatore dell\u2019IAMC\u2013ME che coordina il progetto europeo CoMoDe (Communities of marine microrganisms for oil degradation)<\/span><\/strong> riportando le sue dichiarazioni, rilasciate nel 2003, relative ai nuovi generi di batteri scoperti nelle acque delle coste siciliane (Alcanivorax<\/em>, Oleiphilus<\/em>, Thalassolituus<\/em> e Oleispira<\/em>): \u201cSi tratta di vere e proprie macchine biologiche altamente specializzate, in quanto tali non possono che avere un\u2019elevata affinit\u00e0 verso gli idrocarburi, tanto da utilizzarli come fonte di sostentamento. Il risultato, infatti, \u00e8 la degradazione dei composti recalcitranti (il petrolio) con produzione di biomassa autoctona, acqua e gas. I nostri esperimenti hanno mostrato che in presenza di nutrienti, i BIC (batteri idrocarburo clastici) rispondono in maniera tempestiva all’input di petrolio diventando, in 10 \u2013 15 giorni, la popolazione batterica predominante<\/span><\/em><\/strong>.\u201d<\/span><\/p>\n

Infatti questa unit\u00e0 di ricerca ha condotto negli ultimi anni esperimenti di bio augmentation (ovvero aumento del numero dei microbi mangia petrolio originari di una zona di mare) che sono stati effettuati aggiungendo all’ambiente naturale, in zone di mare inquinato, densit\u00e0 opportune di batteri BIC. Questo ha permesso agli scienziati di osservare l\u2019eventuale accelerazione dei processi naturali di biodegradazione del petrolio su media scala. Prima che la ricerca effettuasse esperimenti direttamente in mare sono state avviate una serie di prove in laboratorio. Questi esperimenti sono stati condotti su piccola scala in microcosmi che dimostrano come in presenza di nutrienti adeguati, i BIC degradino tempestivamente il petrolio introdotto nell’ambiente, moltiplicandosi rapidamente e arrivando a rappresentare circa il 90% della popolazione batterica totale.<\/span><\/p>\n

I ricercatori hanno utilizzato come nutrienti adeguati dei composti che contengono azoto e fosforo perch\u00e9 favoriscono lo sviluppo e le attivit\u00e0 di questi batteri. Le quantit\u00e0 aggiunte di questi elementi sono utili per rendere pi\u00f9 veloce la degradazione del petrolio che apporta all’ambiente una quantit\u00e0 di carbonio maggiore rispetto ad una condizione normale. Questi esperimenti sono stati l\u2019occasione per approfondire come i batteri degradano il petrolio per mezzo di particolari composti solubili in acqua che essi stessi producono: i biosurfurati<\/span><\/strong>.<\/span><\/p>\n

\"\"I biosurfurati<\/span> <\/strong>emulsionano il petrolio in goccioline in modo che la cellula batterica le possa assorbire pi\u00f9 facilmente. I prodotti finali della degradazione del petrolio per opera dei BIC sono molecole di anidride carbonica, acqua e nuova biomassa. Infatti trovando nell\u2019ambiente disponibilit\u00e0 di nutrimento le colonie batteriche si producono molto rapidamente. <\/span>Gli esperimenti condotti su piccola scala sono stati solo l\u2019antipasto per i batteri mangia petrolio dato che poi le ricerche sono continuate su media scala. <\/span><\/p>\n

Le capacit\u00e0 dei BIC sono state studiate anche in contenitori pi\u00f9 capienti, i mesocosmi<\/span><\/strong>. Si tratta di vasche che vengono riempite con acqua di mare e sedimenti, prelevati da un area marina costiera contaminata con petrolio. All’interno viene simulata la corrente marina con un apparecchio adatto. Alcuni parametri sono monitorati con l\u2019aiuto di un sensore che registra la temperatura, il PH e la quantit\u00e0 d\u2019ossigeno presenti nell’acqua. Questi studi hanno permesso di capire come si potrebbe realizzare l\u2019applicazione della tecnica di biorisanamento direttamente in mare.<\/span><\/p>\n

Il biorisanamento<\/span><\/strong><\/span>
\n<\/b>Sia la terra che alcune zone di mare si possono trovare inquinate da una gran concentrazione di contaminanti d\u2019origine organica di provenienza naturale o da processi industriali.<\/span><\/p>\n

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\nChe fare, quindi?<\/span><\/strong><\/span>
\nUna delle tecniche pi\u00f9 attuali \u00e8 il biorisanamento o bio-remediation. Questa tecnica viene considerata anche sostenibile perch\u00e9 la sua applicazione viene definita a basso rischio di effetti secondari negli ecosistemi terrestri e marini. Si tratta dell\u2019utilizzo di microrganismi o piante per ripulire una zona dalla presenza di composti sgraditi. Il biorisanamento si basa sull’utilizzo di microrganismi o piante che vengono specificatamente individuati in laboratorio perch\u00e9 capaci di degradare un determinato inquinante in determinate condizioni con la massima efficienza.<\/span><\/p>\n

La realizzazione pratica di questa tecnica viene pianificata attraverso fasi successive:<\/span><\/strong><\/p>\n