Biorisanamento

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Il biorisanamento (dall'inglese bioremediation, chiamata anche biorimediazione) è un insieme di tecnologie di depurazione del suolo che utilizzano microorganismi naturali o ricombinanti per abbattere sostanze tossiche e pericolose attraverso processi aerobici e anaerobici. Tali processi possono essere applicati in situ, sfruttando i microorganismi residenti o attraverso l’introduzione di ceppi batterici o fungini, oppure ex situ in bioreattori, e possono essere mediati da batteri (consorzi o ceppi microbici puri), da piante (fitorisanamento) o anche per attenuazione naturale (natural attenuation).

Tra i composti in grado di essere degradati dai microrganismi figurano gli idrocarburi, fitofarmaci, solventi, composti alogenati, ammine e aniline e persino alcuni esplosivi.[1] Questi composti organici possono essere convertiti, ad esempio in condizioni aerobiche, in acqua, diossido di carbonio e biomassa. I metalli pesanti invece non sono in genere efficacemente assimilati dai microrganismi, pertanto in questo caso si ricorre alla fitorimediazione attraverso piante naturali o transgeniche in grado di bioaccumulare questo tipo di tossici.[2] Ad esempio, Amaranthus retroflexus è stata mostrata essere in grado di immagazzinare l'isotopo radioattivo cesio-137,[3] mentre Thlaspi caerulescens è in grado di immagazzinare zinco e cadmio.

Principio[modifica | modifica sorgente]

Il biorisanamento comporta la degradazione di composti tossici attraverso la loro conversione in sostanze innocue, ovvero anidride carbonica e acqua. I microrganismi, infatti, sono ubiquitari e hanno sistemi metabolici in grado di degradare e utilizzare vari composti tossici come sorgente di energia grazie al metabolismo aerobico, anaerobico, alla fermentazione e al cometabolismo. Solitamente la biodegradazione aerobica ha una efficienza maggiore rispetto ai processi anaerobici ed è ampiamente utilizzata compatibilmente con la natura chimica del contaminante. I processi aerobici e anaerobici possono, inoltre, essere utilizzati in serie, per ridurre la complessità o la tossicità del contaminante.

L'efficienza della biodegradazione può essere ulteriormente aumentata attraverso l'utilizzo di microrganismi adattati o acclimatati al contaminante o di microrganismi geneticamente modificati. Tale metodo è noto come bioincremento. Col termine biorisanamento si indicano in generale varie tecniche: bioventilazione, biospargimento, biostimolazione, bioincremento, biolisciviazione, biorisanamento mediato da funghi e bioassorbimento. Il biorisanamento comprende, inoltre, sistemi ingegnerizzati ex situ, quali i bioreattori, e l'abbattimento catalizzato da enzimi.

Uso dell'ingegneria genetica[modifica | modifica sorgente]

Utilizzando i metodi dell'ingegneria genetica è stato possibile ampliare la gamma delle applicazioni. Inserendo opportuni nuovi geni è possibile sfruttare le nuove proprietà indotte nei microrganismi. Inoltre, per il controllo di quest'ultimi sono stati impiantati nuovi geni che li rendono dipendenti dalla fornitura di alcune sostanze, in modo da morire in mancanza di queste.

Il batterio Deinococcus radiodurans, l'organismo maggiormente radioresistente conosciuto, è stato modificato geneticamente per smaltire toluene e mercurio in forma ionica presenti in rifiuti nucleari a elevata radioattività.[4]

Micorimediazione[modifica | modifica sorgente]

La micorimediazione è una forma di biorimediazione che utilizza il micelio dei funghi.

Il ruolo di decompositori svolto dai funghi in ambito ecologico è ben noto. Questi organismi secernono enzimi extracellulari e acidi che servono per degradare la lignina e la cellulosa, le due principali componenti della parete cellulare delle cellule vegetali. Questi composti sono formati da lunghe catene di carbonio e idrogeno, con legami chimici molto forti che danno solidità alle fibre vegetali e al legno. Queste strutture chimiche sono molto simili a quelle dei molti inquinanti esistenti. Per la micorimediazione è fondamentale individuare il ceppo di fungo più appropriato per il trattamento di ciascun tipo di contaminante. Alcuni ceppi danno buoni risultati per la degradazione di gas nervini come l'agente VX e il gas sarin.

Fitorimediazione[modifica | modifica sorgente]

La fitorimediazione utilizza piante terrestri o acquatiche per effettuare la rimozione degli inquinanti. Vengono sfruttate particolari specie vegetali definite iperaccumulatori, ovvero il cui bioaccumulo di specifici elementi è direttamente proporzionale alla quantità di tali elementi presenti nel suolo o in ambiente acquatico. Un esempio di applicazione consiste nell'abbattimento dell'inquinamento del suolo provocato da policlorobifenili. Nel 2010 sono state riconosciute oltre 450 specie di piante in grado di iperaccumulare i metalli.[5]

Monitoraggio del processo di biorimediazione[modifica | modifica sorgente]

Il processo di biorimediazione può essere monitorato indirettamente misurando il potenziale redox del suolo e della falda acquifera, insieme ad altri parametri quali pH, temperatura, contenuto di ossigeno, concentrazione di accettori/donatori di elettroni, e la concentrazione dei prodotti di scissione come il diossido di carbonio.

Applicazioni[modifica | modifica sorgente]

Tra le applicazioni della biorimediazione spiccano quelle relative all'inquinamento del suolo e delle acque, tra le quali le acque marine interessate da versamenti di petrolio. Questa metodica è utilizzata anche nel trattamento dei rifiuti solidi urbani, attraverso la digestione anaerobica o il compostaggio, e nel trattamento delle acque reflue.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Bioremediation in marine oil spills, International Maritime Organization, 2004, p.4, ISBN 9789280141870
  2. ^ Meagher, RB, Phytoremediation of toxic elemental and organic pollutants in Current Opinion in Plant Biology, vol. 3, nº 2, 2000, pp. 153–162, DOI:10.1016/S1369-5266(99)00054-0, PMID 10712958.
  3. ^ M.M. Lasat et alii (1998); Phytoremediation of a radiocesium-contaminated soil : Evaluation of cesium-137 bioaccumulation in the shoots of three plant species, Journal of environmental quality, 27(1):165-169 ISSN: 0047-2425
  4. ^ Brim H, McFarlan SC, Fredrickson JK, Minton KW, Zhai M, Wackett LP, Daly MJ, Engineering Deinococcus radiodurans for metal remediation in radioactive mixed waste environments in Nature Biotechnology, vol. 18, nº 1, 2000, pp. 85 – 90, DOI:10.1038/71986, PMID 10625398.
  5. ^ "Metal tolerance and hyperaccumulation: Costs and trade-offs between traits and environment". Elena Maestri, Marta Marmiroli, Giovanna Visioli, Nelson Marmiroli. Environmental and Experimental Botany 68 (2010) 1–13 DOI: 10.1016/j.envexpbot.2009.10.011