Batteri bioluminescenti per l’identificazione di mine antiuomo

Il progetto dei batteri luminescenti

Il terrore delle bombe non è sicuramente un sentimento proprio delle nostre generazioni. Per la maggior parte di noi, infatti, si tratta di un momento storico la cui unica vicinanza è rappresentata dai terribili racconti dei nostri nonni. In realtà, però, la mole di mine antiuomo rimaste sepolte e in attesa di essere scovate e disinnescate ammonta, secondo l’International Campaign to Ban Landmines (ICBL), a più di 100 milioni in tutto il mondo.

Purtroppo, nell’80% dei casi, le vittime dell’esplosione improvvisa di queste mine rimangono persone civili, in primis bambini, soprattutto in regioni storicamente più conflittuali. Al giorno d’oggi, le mine antiuomo sepolte vengono localizzate e disinnescate da personale specializzato, attraverso metodi abbastanza rischiosi oppure mediante macchinari robotici molto costosi e poco efficienti.

Per questi motivi la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ha appena deciso di finanziare un gruppo di ricercatori del Worcester Polytechnic Institute insieme al loro partner, la compagnia Raytheon, per sperimentare e migliorare un sistema di detezione di mine antiuomo basato su batteri bioluminescenti (Figura 1).

Batteri con fluorescenza verde
Figura 1 – Esempio di batteri bioluminescenti

I batteri diventano artificieri

L’idea di utilizzare i batteri per la ricerca di bombe sotterrate era già stata proposta nel 1999 dall’americano Burlage, il quale patentò un dispositivo di detezione remota di mine antiuomo basato sull’utilizzo di un sensore batterico di residui di TNT provenienti da esplosivi sepolti nel sottosuolo. L’utilizzo di un secondo batterio recettore in grado di generare fluorescenza, come Pseudomonas fluorescens, permetteva quindi di identificare le aree a rischio per la presenza di mine antiuomo.

Il meccanismo di funzionamento del biosensore delle mine

Uno studio successivo in quest’ambito, dimostrò l’applicabilità di un simile sistema di detezione in campo aperto. I risultati ottenuti da queste sperimentazione sono stati pubblicati nella prestigiosa rivisita scientifica Nature Biotechnology nel 2017, da un gruppo di ricercatori israeliani.

Questa volta il batterio modello scelto come sensore per la presenza di residui esplosivi in superficie è stato il famoso Escherichia coli. Gli scienziati hanno modificato geneticamente questo batterio affinché diventasse bioluminescente al contatto con il DNT, un bioprodotto volatile del TNT.

I sensori batterici realizzati sono stati incapsulati in biglie di alginato per facilitare la diffusione dei residui esplosivi e garantirne la detezione in superficie. Il segnale fluorescente emesso dai batteri veniva quindi processato da un sistema ottico di rilevazione del segnale, in grado di isolare e quantificare la fluorescenza prodotta. La connessione del dispositivo ad un sistema digitale di controllo consentiva la continua rilevazione del segnale (Figura 2).

Sistema ottico di rilevazione del segnale di bioluminescenza
Figura 2 – a) Biosensori batterici bioluminescenti incapsulati in biglie di alginato b) e c) Sistema ottico di rilevazione del segnale bioluminescente.

In questo modo, gli scienziati sono stati in grado, in meno di tre ore, di identificare la presenza di riproduzioni artigianali di mine antiuomo sotterrate in diversi tipi di terreno in un’area di 20 km con una semplice “spruzzata” di batteri.

Dai limiti di una ricerca nascono gli obbiettivi di una grande sfida

Tuttavia, i risultati ottenuti non sono stati efficaci in tutti i casi analizzati. Sembrerebbe infatti che il tipo di terreno sia una variabile importante per la diffusione del segnale, oltre che al tempo di permanenza dell’esplosivo nel sottosuolo. Un’altra sfida aperta per i ricercatori rimane anche l’esigenza di eliminare i batteri artificieri dal suolo dopo il loro uso.

Ed è proprio sulle limitazioni di questo biodispostivo antimine che i ricercatori finanziati dalla DARPA dovranno lavorare. La sfida è quella di migliorare il sistema implementato affinchè un solo “spruzzo di batteri” OGM possa essere in grado di rilevare esplosivi sepolti in profondità nel sottosuolo.

Il secondo obbiettivo è quello di riuscire a farlo nel modo più sostenibile possibile, eliminando o disarmando i batteri una volta compiuta la missione.

Il futuro biosensore del sottosuolo

La principale ricercatrice del progetto, Allison Taggart, dichiara che il particolare design di questo dispositivo rende i suoi componenti degli appetibili candidati per l’implementazione di biosensori del sottosuolo.

Una visione futurista o una nuova idea di progresso? Sicuramente se pensassimo alle sue potenziali applicazioni, nel campo del biorisanamento ambientale (qualità del terreno, detezione di potenziali minacce ambientali e all’approvigionamento idrico) si tratta di un campo di larghe e speranzose vedute.

Serena Galiè

Bibliografia

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