Dehalococcoides ethenogenes: l’agente segreto per il biorisanamento delle falde acquifere contaminate da solventi alogenati

Il problema ambientale dei solventi alogenati

Numerosi siti acquiferi risultano oggi pesantemente contaminati da solventi alogenati, per anni utilizzati in vari settori industriali per il loro buon potere solvente, propellente ed alla scarsa infiammabilità. Essi, però, sono percolati nelle acque sotterranee a seguito di impropri metodi di manipolazione e smaltimento.

Esempi di solventi alogenati sono i composti organici clorurati come il diclorometano (Fig. 1) e il triclorometano o cloroformio.

Struttura chimica del diclorometano, un esempio di solvente alogenato.
Figura 1 – Struttura chimica del diclorometano, un esempio di solvente alogenato.

Tali contaminazioni ambientali sono iniziate sin dagli anni ‘50, si sono protratte per vari decenni, e riguardano oggi acquiferi di numerosi Paesi industrializzati, tra cui l’Italia.

A differenza degli idrocarburi alifatici, che galleggiano sugli acquiferi e sono facilmente biodegradati per via aerobica attraverso i cosiddetti “oil-eating bacteria”, gli idrocarburi alogenati hanno una densità nettamente maggiore di quella dell’acqua, mentre la loro viscosità è considerevolmente minore.

Entrambe queste proprietà favoriscono una loro veloce migrazione attraverso il suolo con il conseguente raggiungimento delle falde acquifere, dove questi solventi alogenati tendono a depositarsi sulla base impermeabile della falda, disperdendosi così lungo la direzione del flusso dell’acqua.

Un problema ancora più grave è rappresentato dal fatto che i solventi alogenati, specie se ad elevato grado di alogenazione (quali il tri- ed il tetracloroetene), difficilmente vanno incontro a biodegradazione microbica di tipo ossidativo, mentre sono più propensi alla loro riduzione. Per questo, essi possono essere degradati solo in condizioni anaerobiche.

Il biorisanamento dei solventi alogenati

Il biorisanamento bioremediation rappresenta un insieme di tecnologie che, sfruttando la capacità di alcuni microrganismi di degradare contaminanti, sono capaci di accelerare i fenomeni naturali di detossificazione dell’ambiente. Solitamente tali tecnologie sfruttano le capacità dei microrganismi naturalmente presenti nella matrice da decontaminare (popolazioni autoctone).

Le vie possibili per attivare e migliorare queste potenzialità naturali comportano un controllo di tipo biogeochimico, che di solito consiste nell’indurre cambiamenti nei parametri fisico-chimici dei sistemi ambientali da trattare (pH, temperatura, donatori o accettori di elettroni, ecc.) o nell’apportare un “aggiustamento di nicchia”, mediante adeguati inoculi, che favoriscano la trasformazione degli inquinanti presenti.

Tanti dei solventi alogenati, ma soprattutto alcuni dei loro prodotti di decomposizione (es. cloruro di vinile), presentano una elevata tossicità. Fortunatamente, in presenza di appropriati microrganismi appartenenti al genere Dehalococcoides e di idonei substrati e condizioni, il processo biologico di decontaminazione si spinge fino alla completa riduzione degli eteni clorurati, con formazione dell’innocuo etilene (Fig. 2).

Vie biochimiche di biorisanamento dei solventi alogenati da parte di diverse specie batteriche appartenenti ai genere Dehalococcoides, Dehalobacter e Dehalogenimonas.
Figura 2 – Vie biochimiche di biorisanamento dei solventi alogenati da parte di diverse specie batteriche appartenenti ai genere Dehalococcoides, Dehalobacter e Dehalogenimonas.

Dehalococcoides ethenogenes: il miglior batterio dealogenante

Il batterio Dehalococcoides ethenogenes (Fig. 3) è al momento l’unico batterio in grado di effettuare la dealogenazione riduttiva del tetracloroetene fino ad etilene in approcci di biorisanamento.

Fotografia mediante SEM di una cellula di Dehalococcoides ethenogenes.
Figura 3 – Fotografia mediante SEM di una cellula di Dehalococcoides ethenogenes.

La possibilità di identificare rapidamente la presenza di tale batterio all’interno dei siti acquiferi contaminati rappresenta un passo importante per l’avvio di processi di biorisanamento, che possono quindi essere efficacemente monitorati. In caso di assenza di tale specie è possibile procedere con il suo inoculo all’interno del sito inquinato.

Dopodiché, la creazione di condizioni chimico-fisiche adeguate per la propagazione di tale batterio all’interno della falda inquinata favorisce l’azione di biorimozione di D. ethenogenes e la creazione di un gradiente di concentrazione dei solventi alogenati e dei loro prodotti di biodegradazione lungo il flusso dell’acqua (Fig. 4).

Rappresentazione schematica del gradiente di concentrazione dei prodotti di biodegradazione ottenuto nella falda acquifera durante l’approccio di biorisanamento da solventi alogenati.
Figura 4 – Rappresentazione schematica del gradiente di concentrazione dei prodotti di biodegradazione ottenuto nella falda acquifera durante l’approccio di biorisanamento da solventi alogenati.

I vantaggi degli approcci di biorisanamento consistono in minori costi di gestione, in 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.

Al contrario, 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 non presentano tali vantaggi.

Nicola Di Fidio

Sitografia:

Bibliografia:

  • Xiao, Z., Jiang, W., Chen, D., & Xu, Y. (2020). Bioremediation of typical chlorinated hydrocarbons by microbial reductive dechlorination and its key players: A review. Ecotoxicology and Environmental Safety, 202, 110925.
  • Fennell, D. E., Nijenhuis, I., Wilson, S. F., Zinder, S. H., & Häggblom, M. M. (2004). Dehalococcoides ethenogenes strain 195 reductively dechlorinates diverse chlorinated aromatic pollutants. Environmental science & technology, 38(7), 2075-2081.
  • Maymó-Gatell, X., Anguish, T., & Zinder, S. H. (1999). Reductive dechlorination of chlorinated ethenes and 1, 2-dichloroethane by “Dehalococcoides ethenogenes” 195. Applied and Environmental Microbiology, 65(7), 3108-3113.

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Nicola Di Fidio

Nicola Di Fidio, autore di Microbiologia Italia dal 2017 (94 articoli pubblicati). Laureato in Biotecnologie Industriali e Ambientali, Dottore di Ricerca in Scienze Chimiche e dei Materiali. Ricercatore Junior in Chimica Industriale presso il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell'Università di Pisa. Coordinatore nazionale dell'Area Tematica "Riconoscimento del Dottorato di Ricerca" presso l'Associazione Dottorandi e Dottori di Ricerca in Italia (ADI). Settori di ricerca: biotecnologie industriali, microbiologia industriale, catalisi chimica, biocatalisi, chimica verde, chemiometria, sviluppo e ottimizzazione di processi di bioraffineria, valorizzazione di biomasse agroindustriali. Progetti di ricerca: sviluppo e ottimizzazione di processi catalitici chimici e biologici per la conversione di biomasse lignocellulosiche (canna gigante, cardo, scarti dell'industria della carta) in zuccheri di seconda generazione (glucosio, xilosio, arabinosio, cellobiosio), acidi organici (acido acetico, acido levulinico, acido formico), composti furanici (5-idrossimetilfurfurale, 2-furfurale), trigliceridi e metilesteri di acidi grassi a lunga catena. Tel.: +39 3299740251 E-mail istituzionale: nicola.difidio@unipi.it Scopus Author ID: 57194336585 ResearcherID: H-2409-2016 Orcid ID: orcid.org/0000-0001-8037-6355 ResearchGate Profile: https://www.researchgate.net/profile/Nicola_Di_Fidio2

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