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Gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) sono molecole caratterizzate da due o più anelli benzenici condensati, naturalmente presenti nei combustibili fossili come il carbone ed il petrolio. Gli IPA vengono rilasciati nell’ambiente in seguito a reazioni di combustione incompleta e sono stati classificati tra i principali inquinanti ambientali che persistono nell’ecosistema.
Data la pericolosità di queste molecole e il rischio associato ai loro effetti tossici, mutageni e cancerogeni è necessario adottare strategie per controllare e prevenire la loro diffusione nell’ambiente e soprattutto intervenire sulle contaminazioni già presenti.
Nel 2010 in uno stabilimento operante nel settore della realizzazione di bonifiche ambientali, presente nel territorio pisano, è stato ottimizzato un sistema per la degradazione degli IPA presenti in terreni altamente contaminati da attività industriali: la biopila. Questo processo è stato allestito utilizzando un cassone scarrabile di 20 mc dentro al quale sono state poste 5 tonnellate di terreno contaminato da IPA e 1 tonnellata di ammendante (residui ligno-cellulosici di derivazione degli esausti della produzione del fungo Pleurotus ostreatus).
Il principale processo di degradazione coinvolge le specie microbiche presenti nella biopila, capaci di trasformare gli IPA in composti a più basso peso molecolare non necessariamente meno tossici ma eventualmente maggiormente solubili in acqua e biodisponibili. La biodegradazione degli IPA può avvenire mediante due vie, una metabolica ed una co-metabolica. La via metabolica comporta l’utilizzo diretto del composto come fonte di carbonio; in questo caso il microrganismo possiede un corredo enzimatico in grado di ossidare la molecola attraverso pathways metabolici per la produzione di energia. Il co-metabolismo prevede la trasformazione di idrocarburi policiclici aromatici in composti a più basso peso molecolare, modificandone la struttura molecolare ed eventualmente le proprietà tossiche ed inquinanti, grazie all’attività di enzimi a bassa specificità, che normalmente agiscono su altri substrati.
Lo scopo di questa ricerca è la valutazione dell’efficacia del processo di abbattimento della concentrazione degli IPA in biopila in termini di riduzione della tossicità della matrice restituita.
Per questo motivo, sono stati prelevati campioni di terreno a diversi intervalli di tempo dall’inizio del trattamento, che sono stati caratterizzati dal punto di vista chimico, (per monitorare l’abbattimento degli IPA), e monitorati per valutare il possibile effetto genotossico su sistemi biologici eucariotici. In particolare è stato utilizzato il sistema modello di Vicia faba L. valutando parametri biologici come la germinazione e l’allungamento radicale oltre al possibile effetto genotossico a livello dei meristemi apicali della radice. Queste zone meristematiche della pianta sono di norma mitoticamente molto attive e possono subire un danno diretto al DNA evidenziabile tramite analisi citogenetica al microscopio ottico dopo opportuna colorazione. Inoltre, a riprova della eventuale presenza di apoptosi, i fenomeni di frammentazione del DNA, sono stati evidenziata con la tecnica del TUNEL (terminal-deoxinucleotidyl-transferase-mediated dUTP nick end-labeling). Il saggio TUNEL è stato effettuato su sezioni istologiche di radici di Vicia faba esposte ai diversi elutriati, permettendo di localizzare in situ le aree che subiscono maggiormente il danno genotossico. I dati ottenuti in questo studio indicano che in generale l’esposizione ai diversi elutriati ottenuti dal terreno contaminato induce modificazioni nella germinazione e nelle prime fasi di crescita della plantula, accompagnate da varie alterazioni nel processo mitotico con successiva formazione di micronuclei e frammentazione del DNA. Confrontando i risultati ottenuti a vari tempi è stato rilevato che l’effetto genotossico del terreno contaminato si riduce progressivamente dopo trattamento in biopila.
Questo lavoro ha permesso di stimare nel tempo l’efficacia della degradazione in biopila degli IPA tramite un sistema biologico vegetale molto sensibile alla presenza di sostanze genotossiche che anche in questo caso si è dimostrato molto adatto per studi di monitoraggio ambientale.