La relazione tra biofilm marini e biocorrosione di metalli

Meccanismo di biocorrosione

La biocorrosione è un processo che può essere indotto, accelerato o inibito dall’intervento di microorganismi. La corrosione coinvolge diversi fattori abiotici, come ad esempio la temperatura, stress chimico e fisico, oltre che fattori biotici, come le azioni dirette o indirette di microorganismi sul processo.

Nella letteratura scientifica vengono spesso identificati come organismi pro-corrosione gli eucarioti come funghi, alghe e lieviti. Batteri ed archea sono invece considerati fattori MIC (microbially influenced corrosion) cioè organismi che possono alterare il processo di biocorrosione accelerandolo, ma anche in alcuni casi rallentandolo.

Il deterioramento dei metalli è un fattore problematico sotto vari aspetti, soprattutto economici. In ambito marittimo coinvolge il deterioramento di componenti di navi, porti e strutture varie. Ad oggi sono utilizzate diverse tecniche di mantenimento dei metalli, dall’utilizzo di vernici particolari, rivestimenti organici ed inorganici, ed anche l’utilizzo di protezioni catodiche, particolarmente efficaci contro i biofilm batterici.

Biofilm e biocorrosione

I biofilm sono composti dall’ammassamento di batteri e materiali extracellulari come polisaccaridi e proteine. Tendenzialmente queste strutture si formano su superfici inorganiche e organiche di vario tipo. Il loro sviluppo e persistenza può essere alterato da condizioni ambientali come temperatura, riciclo d’acqua, abbondanza di nutrienti, presenza e/o resistenza da parte dei batteri a composti chimici ed antibiotici.

Quando un biofilm si forma su di una superficie metallica, si crea un microcosmo di batteri, il quale può alimentare o meno il processo di corrosione del metallo stesso. I microorganismi possono favorire la biocorrosione tramite alterazione del pH, del potenziale redox dell’ambiente o rilasciando metaboliti o enzimi coinvolti in processi di ossidoriduzione. Su una superficie metallica il biofilm può agire da sito catodico, sul quale il metallo, sito anodico, trasferisce elettroni, accelerando l’ossidazione della superficie anche di 1000 volte, da qui l’utilizzo di protezioni catodiche per materiali metallici in acqua.

Nell’ambiente marino, un ruolo preponderante nell’accelerazione della corrosione dei metalli sembrano averlo le specie batteriche ferro-ossidanti lipotropiche (FeOB), anche in ambiente a pH neutro. Per quanto riguarda invece gruppi di batteri eterotropici, sono i batteri producenti acidi (APB) che, alterando il pH interno dei biofilm, accelerano la corrosione della superficie.

Lo studio

Il gruppo del Dr.Procòpio dell’Università Federale di Rio de Janeiro, ha contribuito, basandosi su tecniche adoperate in studi precedenti, a comprendere i cambiamenti della comunità microbica nei biofilm su metalli. Lo studio che hanno condotto consiste in un’analisi metagenomica, e quindi tassonomica, dei batteri presenti in questi microcosmi, senza considerare la relazione fisiologica tra microorganismi e corrosione del metallo. In particolare, il gruppo del Dr.Procòpio ha analizzato come il microcosmo batterico cambia nel tempo in un ambiente privato di ossigeno.

Per la sperimentazione hanno utilizzato taniche da 8 litri di acqua di mare a temperatura e salinità costanti. In questa taniche hanno poi inserito tessere in acciaio di un centimetro quadrato. Le comunità microbiche formanti biofilm sulla superficie delle tessere sono state campionate ed analizzate a 5, 30, 60 e 120 giorni in immersione. Il gruppo di ricerca ha applicato tecniche di estrazione di DNA, sequenziamento 16S rRNA ed amplificazione. Il sistema utilizzato è Illumina MiSeq con kit V2.

Risultato della ricerca

A livello tassonomico sono stati identificati, durante le 4 giornate prese in considerazione per le analisi, 82 gruppi di batteri, di cui 70 appartenenti al phylum Proteobacteria e 6 ciascuno per i phylum Bacteriodetes e Firmicutes. Nello specifico sono stati identificati 41 gruppi tassonomici nel giorno 5, 29 al giorno 30, 56 gruppi al giorno 60, mentre nell’ultimo giorno (120) solo 5 generi sono stati identificati. Questi appartengono alle due famiglie Alphaproteobacteria e Gammaproteobacteria.

In generale possiamo dire che: la comunità microbica varia fortemente nel tempo una volta creato il biofilm. Diversi abitanti di esso sono microorganismi che stimolano la corrosione metallica. In particolare il gruppo di ricerca ha identificato Thalassospira, un batterio ferro-riduttore, nei giorni 5, 30 e 60 di immersione. Altro batterio emerso più volte dai sequenziamenti è il Marinobacter, appartenente ai Gammaproteobacteria. Infine, in tutte le giornate di analisi, il gruppo ha classificato batteri del phylum Bacteroidetes. Essi sono batteri predatori aerobici che tendono a stimolare processi di ossidazione dell’ambiente circostante, contribuendo alla biocorrosione su superficie metallica. Possiamo dire quindi che lo studio aiuta a comprendere i cambiamenti della comunità microbica all’interno del biofilm e quali specie metallo-corrosive riescono a stabilirsi in esso.

Rappresentazione grafica del biofilm. Il gruppo di ricerca ha tradotto l'abbondanza dei batteri in OTU, riferiti a ciascun Ordine e rappresentati in percentuale
Figura 1 – Rappresentazione grafica del biofilm. Il gruppo di ricerca ha tradotto l’abbondanza dei batteri in OTU, riferiti a ciascun Ordine e rappresentati in percentuale

Bibliografia

Informazioni su Diego Maiolatesi 12 Articoli
Autore di Microbiologia Italia

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