Immobilizzazione di inquinanti su cellule batteriche: identificazione di siti di binding mediante spettroscopia ATR-FTIR differenziale

La bioremediation si sta affermando quale efficace tecnologia complementare - ed in taluni casi alternativa - ai metodi chimici tradizionali per la rimozione di metalli pesanti da siti contaminati. Il microrganismo Rhodobacter sphaeroides, un batterio rosso non sulfureo fotosintetico facoltativo, ha mostrato una significativa tolleranza e/o resistenza a concentrazioni relativamente elevate di ioni di metalli pesanti, quali ferro, mercurio, rame, nichel e cobalto, molibdeno (MoO42-), cromo (Cr3+e CrO42-), arsenico (AsO2- e HAsO42-). La risposta di R. sphaeroides all'esposizione ai metalli pesanti risulta dipendente dalla natura dello ione, dalla sua concentrazione e dalla sua speciazione, indicando che differenti meccanismi di tolleranza e/o resistenza possono essere coinvolti nell'adattamento del batterio. Il bioaccumulo di metalli pesanti è stato investigato mediante ICP-AES evidenziando la capacità del microrganismo selezionato di bioaccumulare significative quantità dei metalli testati attraverso meccanismi combinati di uptake attivo e passivo (biosorption) e l'esistenza di fenomeni competitivi responsabili dell'uptake preferenziale di determinati ioni tossici e non tossici. Il trattamento della biomassa cellulare con EDTA ha consentito di discriminare la frazione di metallo intracellulare e bioadsorbita a livello della superficie esterna delle cellule. Inoltre, attraverso titolazioni acido-base della biomassa batterica, è stato determinato il numero e il pKa dei gruppi protonabili presenti sulla superficie esterna delle cellule, potenziali siti di binding per ioni metallici, mentre i gruppi funzionali coinvolti nel bioadsorbimento sono stati identificati attraverso analisi FTIR. Alcuni ioni, fra cui nichel, cobalto e cromo(III), inducono una considerevole diminuzione del contenuto di complessi fotosintetici pigmento-proteina Light Harvesting Complexes. Grazie ad un approccio multidisciplinare di tipo biomolecolare, proteomico, chimico-fisico ed analitico, numerose informazioni sono state acquisite relativamente ai meccanismi molecolari coinvolti nel bioaccumulo di metalli pesanti da parte di Rhodobacter sphaeroides ed all'effetto di nichel, cobalto e cromo sugli enzimi coinvolti nel pathway biosintetico della batterioclorofilla. Ulteriori indagini per il potenziale impiego di tale microrganismo fotosintetico nell'ambito della bioremediation sono attualmente in corso.