Come i batteri del genere Dehalococcoides depurano le falde sotterranee contaminate da solventi clorurati

Grazie al buon potere solvente, propellente ed alla scarsa infiammabilità, i composti clorurati sono stati e sono tutt’ora ampiamente utilizzati in vari settori industriali. Proprio a causa del loro largo impiego, tali sostanze sono considerate tra le maggiori responsabili dell’inquinamento di falde acquifere in Europa e negli Stati Uniti.

La decontaminazione delle acque sotterranee da solventi clorurati rappresenta pertanto un problema di notevole rilevanza nel settore del risanamento ambientale, sia a causa della loro tossicità, sia in relazione agli effetti che queste sostanze implicano sulla salute umana e sull’ambiente.

Tecnologie di biorisanamento in situ

A causa dell’elevato grado di clorurazione, contaminanti come il PCE (tetracloroetilene) ed il TCE (tricloroetilene) sono raramente ossidati in condizioni aerobiche. La degradazione ossidativa risulta, invece, più semplice per composti a minor grado di clorurazione quali DCE (1,2-dicloroetilene) e VC (cloruro di vinile). La declorazione riduttiva di eteni clorurati rappresenta pertanto il processo principale attraverso cui solventi alto-clorurati sono completamente ridotti a composti innocui come l’etilene.

Tale processo richiede un donatore di elettroni esterno (fonte di carbonio organico e/o H2) ed è svolto da microrganismi anaerobi altamente specializzati. Sono note diverse specie batteriche anaerobie in grado di crescere con cloroeteni come accettori finali di elettroni. Tuttavia, solo specie appartenenti al genere Dehalococcoides (figura 1) sono in grado di effettuare la completa declorazione riduttiva.

Figura 1 – Immagini al SEM di Dehalococcoides spp.

Il processo di declorazione

Il biorisanamento anaerobio delle acque sotterranee contaminate da solventi clorurati (in particolare PCE e TCE) rappresenta da diversi anni un’attività di recupero ambientale consolidata e diffusa a livello internazionale. Tale applicazione biotecnologica si basa sulla capacità dei microrganismi, naturalmente residenti (o introdotti ad hoc) nel sito contaminato, di utilizzare i solventi clorurati per le proprie esigenze metaboliche, trasformandoli in composti non tossici e compatibili da un punto di vista ambientale. Il processo (figura 2), come rappresentato nella   figura sottostante, procede attraverso una graduale sostituzione degli atomi di cloro con atomi di idrogeno, fino alla formazione di prodotti innocui, non clorurati come l’etilene.

Figura 2 – Processo di declorazione

Strumenti di indagine molecolare

Per verificare la presenza di popolazioni microbiche indigene in grado di attuare la declorazione riduttiva in siti contaminati è necessario ricorrere a metodi di caratterizzazione microbiologica. L’abbondanza e l’efficienza metabolica di batteri attivi coinvolti nei processi di biodegradazione dei contaminanti e/o di gruppi funzionali che li supportano (fornendo H2 o nutrienti ai batteri decloranti) o che competono con essi (batteri solfato- e ferro-riduttori, metanogeni ecc.) può essere stimata mediante l’utilizzo di tecniche di ibridazione in situ, impiegate per l’identificazione, la quantificazione e la caratterizzazione di popolazioni microbiche in campioni ambientali.

Nel caso specifico di batteri del genere Dehalococcoides, tali metodologie consentono di verificare la loro effettiva attività decontaminante e di individuare i ceppi con spiccate capacità metaboliche attraverso l’analisi di geni funzionali.

Vantaggi e criticità

Sebbene tali metodologie di risanamento ad opera di batteri richiedano una maggiore attività di caratterizzazione (geochimica, idrogeologica, microbiologica) in fase progettuale e tempi medio-lunghi di esercizio, i vantaggi di tali tecnologie riguardano essenzialmente i minori costi di gestione, un’effettiva degradazione delle sostanze inquinanti, un basso impatto ambientale (in quanto tali metodologie si basano sulla stimolazione di processi naturali) e la possibilità di applicazione ad aree molto estese e/o poco accessibili, rispetto a tecnologie ex situ che richiedono l’escavazione del terreno, il pompaggio dell’acqua di falda e il successivo trattamento (chimico-fisico) in impianti fuori terra.

L’insieme di queste peculiarità rendono il processo di biorisanamento in situ applicabile in un’ampia gamma di situazioni ambientali, anche in combinazione con altre tecnologie. La ricerca in tale ambito dunque potrà rendere ancora più efficace una metodologia che già in fase sperimentale, mostra grandi potenzialità.

Riferimenti bibliografici

  • Duhamel, Melanie, Kaiguo Mo, and Elizabeth A. Edwards. “Characterization of a highly enriched Dehalococcoides-containing culture that grows on vinyl chloride and trichloroethene.” Appl. Environ. Microbiol. 70.9 (2004): 5538-5545.
  • Pérez-de-Mora, Alfredo, et al. “Chlorinated electron acceptor abundance drives selection of Dehalococcoides mccartyi (D. mccartyi) strains in dechlorinating enrichment cultures and groundwater environments.” Frontiers in microbiology 9 (2018): 812.

Sitografia

Informazioni su Ilaria Vaccarelli 13 Articoli
Sono dottoressa in Scienze e Tecnologie per l'Ambiente e speleologa. Amo girovagare sopra, sotto e dentro le montagne, ma il mio più grande interesse riguarda la microbiologia degli ambienti sotterranei.

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