Plasma, fuochi di Sant’Elmo, galla del colletto e batteri

Epifania elettrica nella gassosa sfera che ci avvolge e conchiude, i fuochi di Sant’Elmo generano il plasma; e con esso, l’ultimo studio indo-israeliano, si prefigge l’eradicazione di batteri, in specie Agrobacterium tumefaciens. Fitopatogeni dalle neoplastiche arti ed artefici, dunque, della ben nota «galla del colletto».

Quarto stato della materia: il plasma

Il calore tutto può. Almeno sulla corruttibile materia. Il ghiaccio fonde; lui, il solido imperturbabile. L’acqua, principio tanto antico e degno di rispetto, per Talete, che su esso gli dei giuravano, al calore ferve in liquidità. Il gas, più libero di un concetto, se scaldato, perde inafferrabilità; si fa costringere in tubi, che lo placano e dominano, in cui temperature elevate, senza misericordia sbriciolano la sua quiete, in ioni e molecole prive di pace. Particelle sbilenche, perchè costrette ad esporre cariche elettriche, per norma celate al chiuso delle nucleiche latebre.

Il gas, così ionizzato, con tutte le particelle elementari a vista, ioni positivi per perdita di legittimi elettroni, elettroni liberi, e specie radicaliche, diventa non più di ciò che lo contiene. Diventa pura «forma». Πλάσμα. Plasma.

Individuato da Thomson e Crookes, agli sgoccioli del XIX secolo, il plasma è stato meglio descritto negli anni ’20 del secolo scorso da Langmuir. Fu lui, ad informarne il materico modus agendi alla turbolenza dell’emodinamica. Ragione, questa, dell’omonimia. Plasma sanguigno. Plasma atmosferico.

Da matrice d’Universo, a regalo fortuito dei fuochi di Sant’Elmo

Rarità sulla Terra, il plasma è la componente più familiare all’Universo: il Sole stesso (figura 1), in trono tra le altre stelle, non è che plasma altamente ionizzato, il suo vento, e tenuto insieme dalla forza gravitazionale. Mentre, per guardarlo da vicino, il plasma, e magari servirsene, qui, occorre un forte potenziale elettrico, che sostituisca, negli esiti, le elevate temperature e pressioni necessarie a crearlo, in natura. Nei fluorescenti anni ’80, il primo gas ad essere catturato e ionizzato, in tubi, per il nostro diletto, fu il neon. Nobile, inerte. Differenza di potenziale agli estremi del tubo, e via: insegne luminose al plasma, ma si dicevano “al neon”.

La galla del colletto, ed i batteri responsabili, vedranno presto eradicazione. A colpi di plasma freddo, per grazia dei fuochi di Sant'Elmo.
Figura 1- Natura di plasma del sole. Fonte [ilgiornale].

Oppure, bisogna aspettare un bel temporale, durante il quale grandi differenze di potenziale tra nuvole e suolo, o solo tra nuvole, filino in cielo sottilissime colonne di gas atmosferico ionizzato. Fulmini. Plasma.

I fuochi di Sant’Elmo, che proteggono e non bruciano

È in tali circostanze naturali che getti di gas e plasma, sotto l’influsso di forti campi elettrici, ed al cospetto di materiali conduttori, si fanno simili a fiammelle blu violacee. I fuochi di Sant’Elmo. Italianizzato in Sant’Erasmo, fu vescovo di Formia, martirizzato nel 303 d.C., sotto l’imperatore Diocleziano. Mandato al rogo, dal suo corpo, pare, si levarono fiamme bluastre, chiaro simbolo dell’anima che intanto tornava al Cielo.

Nelle manifestazioni atmosferiche, l’aria si carica positivamente, mentre oggetti appuntiti concentrano cariche negative: se la dinamica particellare non riesce a creare il fulmine, si osserva una luce concentrata, il fuoco del santo. L’«effetto punta», su alberi di nave (figura 2), antenne, guglie e pinnacoli si accompagna, talvolta a ronzii e sfrigolii. Poi si è scoperto che i fuochi di Sant’Elmo possono farsi vivi anche col bel tempo; in montagna, per esempio: con scariche dagli arti degli alpinisti, o vaghe aureole sulle loro teste. Niente, la santità è cifra del fenomeno.

La galla del colletto, ed i batteri responsabili, vedranno presto eradicazione. A colpi di plasma freddo, per grazia dei fuochi di Sant'Elmo.
Figura 2 – Fuochi di Sant’Elmo. Fonte [quora]

Perchè, questa santità, ridonda ancora nelle credenze succedutesi nei secoli, e nelle più distanti culture umane. Il volto di buon auspicio, del prodigio atmosferico, affonda infatti le radici nel mito di Giasone sulla nave Argo, con i suoi argonauti, ad affrontar tempesta. Se a comparire erano due fiammelle, gli si dava nome Castore e Polluce; se una sola, quello della di loro sorella, Elena.

Da Alceo a Plutarco, da Colombo a Magellano, fino all’iberico «Cuerpo Santos», quando la fiamma si faceva antropomorfa, in veste di San Nicola, per esempio nell’Adriatico, l’evento ha sempre lasciato dietro di sé una scia di benevolenza e di divina protezione. Tranne nel Medioevo: ma lì, si sa, il Demonio era nel suo periodo migliore.

Il fenomeno si fa tecnica: plasma freddo a pressione atmosferica

Il plasma può esser classificato e distinto in caldo, cioè completamente ionizzato, e freddo, non del tutto ionizzato. Una freddezza relativa, naturalmente, agli agenti in questione, quindi connotata da non meno di centinaia di gradi Celsius. Come aristotelico principio di movimento dei successivi impieghi tecnici, il plasma freddo. Una debole corrente elettrica ingenera una scarica nel plasma a pressione atmosferica, visibile sotto forma di piccoli archetti vivaci e scoppiettanti, cui si impone il nome di «effetto corona». L’esito elettrico è poi l’agente da rivolgere sulla superficie da trattare.

Vi sono studi, infatti, che hanno dimostrato quanto il plasma freddo possa utilmente applicarsi all’alterazione di proprietà organiche e sintetiche di superficie, come nel trattamento di sementi. Ma non solo, perchè, il plasma freddo a pressione atmosferica è anche metodo allettante, per i bassi costi ed il rispettoso impatto ambientale, di eradicazione di batteri e microbi vari. La sua efficacia, tuttavia, sulla galla del colletto, si vedrà, dipende dalla composizione gassosa dall’aria, dalla potenza d’emissione, dalla modalità di esposizione.

Effetto antimicrobico del plasma: i batteri patogeni non avranno più vita facile

L’effetto antimicrobico ed il meccanismo di disinfezione, garantiti dal plasma, comportano, come è noto in letteratura, la generazione di specie chimiche reattive dell’ossigeno, in quantità cospicue. I ROS, radicali liberi delll’ossigeno, incubi estetici, condanne chimico-fisiche per le ultrastrutture cellulari. Unitamente agli RNS, specie reattive dell’azoto.

Tali veleni molecolari, perseguono proprio l’intento biocida del plasma, alterando componenti biochimiche della parete cellulare dei batteri, ma anche funzioni e struttura dei bilayers fosfolipidici di membrana, nonchè l’integrità di proteine ed acidi nucleici. Lo studio di Guo e colleghi, ha già dimostrato come il plasma freddo riduca le unità formanti colonia (CFU) nei biofilms di Staphylococcus aureus, nell’arco di 6 minuti. Studi, ancora, sull’efficacia contro Bacillus subtilis e Salmonella enteritidis, supportano i nuovi dati.

Eradicazione dei batteri responsabili della galla del colletto: lo studio

Yulia Lazra ed il suo gruppo di ricerca hanno appena pubblicato i risultati del loro lavoro sperimentale, sull’applicazione della scarica coronale di plasma freddo atmosferico, col proposito di debellare i batteri che, dalla galla del colletto neoformata, colpiscono numerose colture agricole: Rosaceae (meli, ciliegi, peri, rosai), Vitaceae e Juglans (noci).

Dispositivo di scarica coronale

Composto da due elettrodi a filo, uncinati, gli si imprime un adeguatamente alto voltaggio (2 × 12 kV e 50 Hz; voltaggio d’uscita: 24VDC massimo; corrente d’uscita: 0.3 AMPS massimo), con aria ambientale come carrier dei gas coinvolti, a pressione atmosferica. Un tavolino rotante in acciaio rivestito di cloruro di polivinile (PVC), e sistemato sotto la punta di trattamento elettrico, ad una distanza di 2 cm, completa il dispositivo. Il tavolino stesso, collegato ad una fonte di corrente elettrica che consenta inoltre una velocità di rotazione del piano d’appoggio del campione, di 11 rpm (velocità risultata ottimale, in uno studio precedente per l’eradicazione dei batteri). Il campione microbico, intanto, diffuso su capsula Petri, posto poi nel centro del tavolino rotante.

Preparazione del ceppo di Agrobacterium tumefaciens, reo della formazione della galla del colletto

Acquisito Agrobacterium tumefaciens presso il Volcani Institute di Israele, i ricercatori ne hanno garantita la crescita su agar LB, per 24 ore a 30°C. Le colonie isolate, sospese ancora in LB ma liquido (30 mL), e poste in incubazione per 2 ore, sotto agitazione a 70 rpm, ed a temperatura di 30°C. Così da raggiungere la fase log di crescita, quella cioè esponenziale, in cui batteri si replicano più velocemente, attingendo al massimo alle risorse ambientali.

In seguito a centrifugazione (10000 x g, per 10 minuti) e lavaggio con PBS (soluzione salina di buffer fosfato) del pellet derivatone, i ricercatori hanno suddiviso la coltura, sospesa ancora in PBS, in quantità discrete, di 1 mL ciascuna. Su queste porzioni colturali, altra centrifugazione, lavaggio del sedimento e risospensione; quindi semina della sospensione fresca su capsula Petri, posta infine ad asciugare per un’ora a temperatura ambiente. Una volta asciutta, la capsula ha subìto la scarica coronale di plasma freddo per 0-90 secondi.

Esiti di conta vitale dei batteri in coltura

Un trattamento di 30 secondi con plasma freddo ha restituito riduzione di concentrazione batterica piuttosto contenuta: da 107 CFU/mL del controllo a 2.6 × 106 CFU/mL; una durata di trattamento che raggiungesse, invece, i 60 secondi, ha prodotto decremento più significativo, fino a 4.0 × 104 CFU/mL. Infine, una esposizione alla scarica coronale di plasma di 90 secondi, ha rappresentato un abbattimento della carica batterica, fino a 3.9 × 102 CFU/mL.

Ma già con una concentrazione iniziale batterica pari a 106 CFU/mL, i vantaggi di eradicazione a mezzo plasma, sono emersi anche a tempi d’esposizione più brevi: 30 secondi, per giungere a 3.3 × 101 CFU/mL; 45 secondi, ed eradicazione dei batteri totale.

Tutto ciò in ambiente asciutto. In ambiente umido, invece, per concentrazione iniziale di 2.6 × 106 CFU/mL, non vi è eradicazione totale neppure in seguito a trattamento da 90 secondi. Se ne deduce, anche solo qualitativamente, che l’anelata estinzione dei fitopatogeni della galla del colletto, sia inesorabilmente legata a doppio filo alla tipologia microbica, ma anche a concentrazione iniziale, durata del trattamento antibatterico, nonchè alle condizioni ambientali (ambienti asciutti v/s ambienti umidi). Fin qui, le speculazioni filosofiche più antiche, che riconoscevano l’acqua, origine unica di ogni realtà naturale, non si discostavano troppo dal Vero. In ambiente liquido di crescita, infatti, i batteri pur danneggiati continuano a replicarsi; sostenuti anche da intuibili meccanismi di riparazione cellulare. E la galla del colletto cresce, e distrugge lenta la pianta.

Analisi dei livelli intracellulari di ROS: i diabolici radicali, senza i quali pur non s’inciderebbe sui patogeni

I ricercatori hanno impiegato il colorante fluorescente H2DCFDA, in apposito kit per saggio sperimentale (Abcam, Burlingame, CA, USA). Come prevedibile, sulla scorta dei dati in letteratura, la quota di radicali liberi messa in campo dalla scarica di plasma freddo, per 90 secondi di trattamento, si esprime in fluorescenza di 32 RFU/cellula. Si formi con ciò idea, sul valore rispettivo delle cellule non trattate, che sia di 9 x 104 volte superiore.

Valutazione degli effetti di aumentata permeabilità di membrana dei batteri patogeni, e delle dimensioni cellulari

Condotta analisi mediante citometria a flusso, e ioduro di propidio (agente intercalante fluorescente, PI), i ricercatori hanno rilevato quanto segue. Quando i batteri trattati con plasma vengono sospesi in terreno LB, il computo di elementi PI positivi, dopo 2 ore, raggiunge 12 ± 3.9%. Alla 24a ora, tale percentuale diventa 1.74 ± 0.6%. Risultati simili, indicano, quindi, una reale riparazione, e stupefacente ripristino delle integrità cellulari; pur se batteri trattati con plasma, quando comunque siano sospesi in terreno liquido LB.

Alla 24a ora, inoltre, le dimensioni cellulari relative ai batteri trattati giunge in prossimità di 3 x 104 FSC: valore circa 0.5 volte superiore rispetto alle cellule non trattate.

Debellare la galla del colletto con il plasma: una scelta responsabile, nel prossimo futuro

Agrobacterium tumefaciens è un Proteobatterio che, quindi, promuove iperplastiche ed ipertrofiche neoformazioni vegetali, note come galle. Ma anche come cecidi. Perchè κηκίς -ῖδος, era il succo grasso, umore colante al calore del fuoco, da tali escrescenze maligne; utilizzate tuttavia dall’uomo per farne inchiostri. Inchiostri ferrogallici.

Per le piante, la galla del colletto resta un tumore, entro cui i microrganismi, spietati demiurghi, si incistano, trovandovi ricovero e nutrienti, a spese delle povere ospiti. Le normali, grossolane, strategie di contrasto della fitopatologia fanno capo a trattamenti chimici, con ridondanti ferali ripercussioni su ogni anfratto ecosistemico. Il plasma, quindi, giungerebbe come manna dal cielo. E date le celesti ascendenze fenomeniche, potrebbe conseguire risultati ben più salvifici di quelli finora sperati.

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