PFAS, il nemico invisibile e l’alleato inaspettato: come un batterio fotosintetico potrebbe cambiare le regole del gioco

Se c’è una costante nel mondo moderno, tanto in economia quanto in ecologia, è la persistenza dei costi occulti. Nel bilancio ambientale globale, poche voci di passività sono pesanti quanto i PFAS (sostanze per- e polifluoroalchiliche). Noti come “forever chemicals”, o sostanze chimiche eterne, questi composti sono l’incubo di ogni bonifica: legami carbonio-fluoro talmente forti da resistere a quasi tutto, accumulandosi silenziosamente nelle falde acquifere e, inevitabilmente, nella catena alimentare. I loro effetti sulla salute umana sono profondi e vanno dall’essere cangerogeni a causare delle disfunzioni profonde al sistema riproduttivo ed endocrinologico.

Tuttavia, dai laboratori dell’Università del Nebraska-Lincoln arriva una notizia che potrebbe rappresentare una svolta tecnica rilevante, seppur con le dovute cautele che il realismo scientifico impone. I ricercatori hanno individuato un alleato sorprendente: il Rhodopseudomonas palustris. Non si tratta di una tecnologia futuristica costosa, ma di un comune batterio fotosintetico che sembra avere una predilezione, seppur complessa, per l’acido perfluoroottanoico (PFOA), uno dei PFAS più diffusi e insidiosi.

Rendering di una molecola PFAS

La scoperta: un “magazzino” biologico vivente

Lo studio, condotto dai laboratori dei professori Rajib Saha e Nirupam Aich e pubblicato su Environmental Science: Advances, non presenta un miracolo, ma offre dati solidi su cui costruire. L’esperimento ha dimostrato che il R. palustris non si limita a coesistere con il PFOA, ma interagisce attivamente con esso.

In termini poveri, il batterio assorbe il contaminante. Non lo distrugge immediatamente (e vedremo perché questo è un punto cruciale), ma lo ingloba nella sua membrana cellulare.

Ecco i dati salienti emersi dalla sperimentazione durata 50 giorni:

• Tasso di rimozione: Entro i primi 20 giorni, il batterio ha rimosso circa il 44% del PFOA presente nel mezzo di coltura.

• Il meccanismo: Si tratta di un processo guidato da interazioni idrofobiche. Il PFOA, respinto dall’acqua, trova rifugio nelle membrane lipidiche del batterio.

• Il limite fisiologico: La crescita del batterio in presenza di PFOA è risultata 45 volte più lenta rispetto a condizioni normali, segno che il processo ha un costo metabolico elevato.

Se il 44% di rimoziona sembra poco, consideriamo che altri sistemi dir imozione sarebbero estremamente costosi e anche meno efficaci rispetto all’opera del  batterio fotosintetico che, tra l’altro può esere selezionato in ceppi più efficaci.

Rhodopseudomonas palustris.

Il paradosso della “Lisi” e la sfida ingegneristica

Come in ogni buona analisi economica o scientifica, bisogna guardare ai rendimenti decrescenti. Il team ha osservato che, dopo l’iniziale successo di stoccaggio del 44%, gran parte del PFOA è stato rilasciato nuovamente nell’ambiente.

Perché? Semplice: i batteri muoiono. Quando avviene la lisi cellulare (la rottura della parete del batterio), ciò che era stato immagazzinato torna in circolo. Alla fine dell’esperimento, la rimozione netta era scesa a circa il 6%.

Potrebbe sembrare un fallimento, ma in realtà è la prova di concetto che mancava. Dimostra che la cattura biologica è fisicamente possibile. Come ha sottolineato il professor Saha, questo risultato suggerisce un meccanismo “a gradini”: il batterio intrappola il chimico, fornendo una base per futuri interventi di ingegneria genetica che potrebbero impedire il rilascio o, meglio ancora, attivare la degradazione.

Perché il R. palustris può risolvere il problema PFAS?

Qui entriamo nel cuore tecnico della questione. Perché puntare su questo microbo e non su filtri meccanici costosissimi? La risposta risiede nelle caratteristiche intrinseche di questo organismo, che lo rendono una piattaforma ideale per la bioingegneria ambientale.

Il Rhodopseudomonas palustris non è un batterio qualunque. È noto per la sua rusticità e versatilità metabolica:

1. Mangiatore di “scarti”: È già capace di degradare la lignina, un polimero vegetale notoriamente difficile da scindere. È abituato a “masticare” composti duri.

2. L’enzima segreto: Il batterio possiede naturalmente un enzima chiamato fluoroacetato dealogenasi. Sebbene in questo studio specifico non sia stata osservata una degradazione completa del PFOA (rottura del legame C-F), la presenza di questo enzima suggerisce che il batterio ha già nel suo “kit di attrezzi” genetico la capacità potenziale di aggredire i legami fluoro-carbonio.

3. Adattabilità unica: Durante i test di tossicità, il batterio ha mostrato un comportamento affascinante. A concentrazioni di PFOA tra 12,5 e 100 ppm, dopo una fase di morte iniziale, la colonia ha ripreso a crescere. Questo implica un meccanismo di adattamento rapido che potrebbe essere selezionato e potenziato in laboratorio.

Analisi comparata: Biologia vs Tecnologia Tradizionale

Per comprendere la portata economica di questa ricerca, è utile confrontare l’approccio biologico con le attuali tecnologie di rimozione dei PFAS (come l’osmosi inversa o i carboni attivi).

Conclusioni: un investimento nella biologia

L’approccio dei ricercatori del Nebraska ricorda una politica di investimento infrastrutturale: non si cerca il profitto immediato (la distruzione totale del PFAS oggi), ma si costruiscono le strade (la comprensione del meccanismo di cattura) per il successo futuro.

Attualmente, il limite di tossicità per il batterio è intorno ai 200 ppm di PFOA, una concentrazione che inibisce completamente la crescita. Tuttavia, la collaborazione tra microbiologia e ingegneria chimica mira proprio a superare questo ostacolo. L’obiettivo non è usare il batterio “selvatico” così com’è, ma utilizzarlo come telaio per la biologia sintetica. Se riuscissimo a potenziare l’enzima dealogenasi e irrobustire la membrana cellulare, potremmo trasformare i bacini di decantazione delle acque reflue in bioreattori autonomi che “mangiano” l’inquinamento a costo quasi zero.

Non siamo ancora alla soluzione definitiva, e l’ironia della sorte vuole che il batterio, per ora, restituisca ciò che ha mangiato morendo nello sforzo. Ma la strada è tracciata: la natura ha gli strumenti, sta a noi ingegnerizzarli per chiudere il ciclo dei “forever chemicals”.

Domande e risposte

Il batterio R. palustris distrugge effettivamente i PFAS in questo momento?

Allo stato attuale della ricerca, il batterio cattura principalmente il PFOA (un tipo di PFAS) assorbendolo nella membrana cellulare, ma non lo distrugge completamente. Sebbene rimuova fino al 44% del contaminante inizialmente, gran parte viene rilasciata quando le cellule batteriche muoiono. Tuttavia, il batterio possiede enzimi che, con future modifiche genetiche, potrebbero essere attivati per spezzare i legami chimici dei PFAS, trasformando la cattura temporanea in una degradazione definitiva.

Perché questa scoperta è considerata migliore dei filtri ai carboni attivi?

La differenza principale risiede nei costi e nella sostenibilità a lungo termine. I filtri ai carboni attivi o l’osmosi inversa sono efficaci ma estremamente energivori e costosi da mantenere. Inoltre, una volta saturi, i filtri diventano rifiuti tossici che devono essere smaltiti (spesso inceneriti). L’approccio biologico con R. palustris promette una soluzione a basso consumo energetico, scalabile e potenzialmente capace di eliminare il problema alla radice degradando il contaminante, invece di spostarlo solo da un filtro all’altro.

È sicuro utilizzare questi batteri nell’acqua potabile?

No, non si tratta di inserire batteri direttamente nel bicchiere d’acqua del rubinetto. L’applicazione prevista riguarda il trattamento delle acque reflue, dei siti industriali contaminati o delle falde acquifere inquinate, all’interno di bioreattori controllati o barriere biologiche. L’obiettivo è usare i microrganismi per ripulire l’acqua grezza prima che venga potabilizzata o reimmessa nell’ambiente. Inoltre, essendo batteri che si trovano comunemente in natura (suolo, sedimenti), il rischio di introdurre patogeni pericolosi è gestibile e oggetto di studio.

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