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Ambiente: UTILIZZO DEI BATTERI IN ECOLOGIA, INDUSTRIA, AGRICOLTURA |
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UTILIZZO DEI
BATTERI IN ECOLOGIA, INDUSTRIA, AGRICOLTURA |
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di Michele
Bottari - Si.Biol. Sistemi Biologici
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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 |
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In sintesi le
differenze tra processo con aggiunta di enzimi e con aggiunta di batteri. |
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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 |
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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- |
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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. |
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