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Ambiente: UTILIZZO DEI BATTERI IN ECOLOGIA, INDUSTRIA, AGRICOLTURA

Istituzioni Scolastiche
UTILIZZO DEI BATTERI IN ECOLOGIA, INDUSTRIA, AGRICOLTURA

di Michele Bottari - Si.Biol. Sistemi Biologici

Gli enzimi: cosa sono e come agiscono
Sempre più spesso l'operatore ambientale è bombardato da informazioni commerciali che riguardano presunte proprietà miracolose di batteri ed enzimi, di sicuro impatto economico.
L'intento del presente scritto è quello di fornire alcuni chiarimenti su come queste sostanze siano prodotte, su come siano utilizzate e sulle potenzialità ad esse legate.
In pratica, miriamo ad una sorta di guida di carattere commerciale, che chiarisca i concetti legati a questi prodotti ed alle loro applicazioni.
Iniziamo da un argomento obbligato, gli enzimi, che è escluso dall'approfondimento della nostra analisi, ma che è necessario chiarire perchè troppo spesso si tende a confonderli con i batteri.
Gli enzimi
Gli enzimi sono proteine, identificate come tali per le loro caratteristiche funzionali (cioè che cosa fanno) piuttosto che strutturali. Si classificano dunque in base al substrato attaccato o all'operazione che eseguono.
Il loro compito è fungere da catalizzatori, abbassando la quantità di energia richiesta per far sì che una determinata reazione avvenga.
La loro importanza commerciale è sempre stata limitata ad ambiti specifici, per i motivi qui sotto spiegati, ma la loro importanza nel settore della "bioremediation" (vedi argomento n°2: applicazioni) nacque o fu favorita in modo determinante da leggi che negli U.S.A. vietarono l'impiego diretto dei batteri.
Ogni reazione microbiologica è essenzialmente una reazione enzimatica, ma la filosofia di utilizzo dei batteri o degli enzimi è completamente diversa: il lavoro degli enzimi è specifico ed unico, mentre i batteri si adattano più flessibilmente al processo affrontato producendo essi stessi, se ed ove necessario, gli enzimi più indicati, sia a livello endocellulare (per la propria sopravvivenza) che esterno.
I prodotti a base enzimatica sono quindi talvolta straordinariamente efficienti, ma funzionano bene solo in presenza di processi puliti, come quelli dell'industria di base, e poco si prestano ad ambienti complessi come, per esempio, un terreno agricolo o una massa di compost.
Un esempio di campo applicativo tipico degli enzimi è quello della detergenza.
Poiché molte delle macchie di sporco presenti sui tessuti sono di origine naturale, gli enzimi hanno cominciato a essere inclusi nelle formulazioni di detergenti. Ciò ha portato in un aumento della capacità dei detergenti nel rimuovere le macchie dagli indumenti e dalla biancheria. Sotto il profilo ecologico gli enzimi presenti nei detergenti hanno portato a significativi vantaggi: la quantità di tensioattivi richiesta al fine di raggiungere un determinato grado di pulizia è inferiore.
Gli enzimi che più frequentemente sono utilizzati in detergenza sono:
Enzima Substrato attaccato Tipo di "sporco" rimosso
Amilase Amido riso, pasta, patate, mais
Protease Macchie di origine proteica sangue, erba, vino, caffè, pomodoro, ecc.
Lipase Macchie d'unto oli, grassi
In sintesi le differenze tra processo con aggiunta di enzimi e con aggiunta di batteri.
Reazioni Enzimatiche Attacco con batteri
Substrato attaccato Gli enzimi attaccano solo un substrato specifico Ceppi diversi e multifunzionali di batteri possono attaccare diversi substrati
Alla fine della reazione Gli enzimi non sono consumati (sono catalizzatori) I batteri si adattano e mutano la struttura della popolazione al mutare della reazione
Efficacia Molto bassa in presenza di fattori di disturbo Alta per l'adattabilità della popolazione microbica
Efficienza Alta, ma solo in condizioni "pulite" La complessità di un attacco batterico rende questa operazione meno efficiente
I batteri: cosa sono e come agiscono
Lo studio e la ricerca sulle complesse reazioni microbiologiche a vari stimoli e le loro applicazioni in campo industriale, ambientale ed agricolo si articolano sostanzialmente su tre linee di fondo:
-  selezione;
-  protezione;
-  applicazioni
1. Selezione
Come dice il Prof. Hurlbert della Washington State University (www.wsu.edu) non si può capire la microbiologia se non si è interiorizzato il concetto di selezione.
Allo stesso Hurlbert si deve, probabilmente, la paternità della barzelletta che così abbiamo liberamente tradotto:
Due amici, in safari "estremo" in Africa.
La mattina mettono fuori la testa dalla tenda e vedono un leone evidentemente affamato avvicinarsi a grandi falcate.
Il  primo è agitatissimo e si stupisce vedendo il secondo che calza le scarpette da corsa senza apparentemente scomporsi.
- Credi forse di poter correre più veloce del leone con quelle scarpette?-
- Io non devo correre più veloce del leone: io devo correre più veloce di te-
Così, coltivare batteri, per un qualsiasi utilizzo, significa sostanzialmente isolare il ceppo od i ceppi che interessano in un ambiente fortemente selettivo. Ciò si ottiene mettendo nello stesso habitat il fattore di selezione individuato (nel nostro caso il leone), per ottenere il ceppo desiderato, cioè l'uomo più veloce (o più furbo). Da esso nascerà la colonia che costituirà il risultato della nostra coltura.
Le tecnologie di selezione e coltura fanno parte della storia della biologia ed, aldilà di miglioramenti di efficienza, non costituiscono elementi di differenziazione tra prodotti di marca ed origine diversa.
Il solo punto di forza che può nascere da questa fase è dato dalla limitazione dei costi a parità di risultati, per esempio con l'uso di materiali di scarto o addirittura con l'utilizzo di rifiuti. Ma molti dei batteri attualmente offerti sul mercato sono di provenienza estera, per cui non è ipotizzabile che la riduzione dei costi in sede di produzione arrivi all'utilizzatore indenne nonostante i ricarichi applicati a cascata dai vari intermediari.
2. Protezione
Chi ha utilizzato i batteri in campo ambientale, specie nei primi anni di diffusione, lo ha fatto in maniera timida (dati i costi) anche se fiduciosa. Quasi ovunque non si sono raggiunti risultati quantificabili (in molti processi le reazioni biologiche avvengono anche spontaneamente), né convenienti rispetto ai costi vivi di acquisto o produzione di materiale.
Più recentemente, però, sono stati raggiunti in parallelo in Italia (Si.Biol. Sistemi Biologici) ed all'estero (www.clu-in.org) ottimi risultati nel campo delle biofissazioni, ossia dell'adsorbimento di biomassa in supporti porosi protettivi. Nel medesimo supporto sono presenti microrganismi diversi e sinergici, allo stato latente, ma vivi e vitali, costituenti i ceppi prevalenti in tutte le fasi desiderate del processo. Ciò permette, oltre ad un'accelerazione tangibile e verificabile di tutti i processi biologici con un solo inoculo, anche il controllo costante delle varie fasi del trattamento, mantenendo in sé la massima biodiversità in termini di ceppi pronti ad insediarsi in relazione ai cambiamenti sopravvenuti nell'ambiente.
Quantificare la superiorità della biofissazione non è affatto facile, ma si può ragionevolmente dire che l'attività batterica aumenta di qualche centinaio di volte per le protezioni di tipo minerale, arrivando anche a sfiorare le mille per la più evoluta protezione di tipo organico, che offre un'azione meccanica unita ad una biochimica di pari rilievo.
Ma il vantaggio tecnico di maggior rilievo sta nella rimozione dei fattori di tossicità. I microrganismi sono all'interno di un micro-habitat che ha caratteristiche ottimali per la loro attività, non necessariamente simili alla media complessiva del substrato. Ne consegue che gli elementi di tossicità non riescono a debellare completamente la microflora, che ha tempo di organizzarsi, reagire ed avviare reazioni bioenzimatiche atte a rimuovere i fattori di tossicità che la ostacola.
Questo ha dato la stimolo decisivo alla tecnologia: non solo, infatti, si ottengono risultati più riscontrabili, ma l'accelerazione che questi substrati danno alle funzioni vitali dei microrganismi rende inferiori, e quindi più economiche, le quantità da utilizzare. Sono sempre di più i marchi che propongono batteri biofissati od in qualche maniera protetti, ma variano di molto sia i costi, sia la qualità (organica o minerale), sia le quantità di materiale realmente adsorbente, e quindi protettivo, nel substrato.
La protezione, in conclusione, può essere il vero plus fornito da alcuni prodotti rispetto ad altri:
-  la presenza di una buona protezione può rendere il processo efficace anche con quantità ridotte di inoculo, quindi la convenienza economica è spesso notevole
-  inoltre la superiore forza dei ceppi protetti rende le reazioni più sicure, al riparo da effetti indesiderati;
-  è possibile affrontare problemi ad oggi insoluti o non trattati biologicamente, grazie alla riduzione della tossicità degli inquinanti.








Postato il Martedì, 26 novembre 2002 ore 09:51:20 CET di Patrizia Bellia
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