relazione primo anno

RELAZIONE ANNUALE DOTTORATO DI RICERCA IN SCIENZE
CHIMICHE DI FEDERICO LUCHI
“TRATTAMENTO BIOLOGICO DI REFLUI CONTAMINATI PROVENIENTI
DA ATTIVITA’ PRODUTTIVE”
Tutor Prof.R.Basosi
Anno I° - Ciclo XX
La Natura è un sistema complesso dove operano cicli biogeochimici di riciclo dei materiali
come, ad esempio, il ciclo dell’acqua e quello dell’azoto. Il continuo confrontarsi con le
condizioni ambientali ha condotto ad un generale perfezionamento, sviluppatosi nell’arco
evolutivo di migliaia di anni e frutto di un cammino continuamente costellato da errori di
duplicazione cellulare (mutazioni), costantemente controllato dalla selezione naturale che ha
premiato, fra gli altri, gli organismi utili al riciclo della materia. Questi cicli sono
interconnessi mediante legami, talvolta evidenti, altre volte meno evidenti e tali che spesso
una perturbazione su una fase di un ciclo si manifesta anche a notevoli distanze spaziotemporali su altri cicli.
Quando una qualsiasi sostanza è introdotta nell’ambiente entra a far parte dei meccanismi
di riciclo della materia. In particolare, una sostanza di sintesi, immessa nell’ambiente anche
in piccola quantità, presenta spesso caratteristiche totalmente sconosciute alla natura, forse
perché selezionata sfavorevolmente dai processi evolutivi oppure, più semplicemente,
perché mai comparsa. In tal caso alla Natura difettano le chiavi evolutive per la sua “messa
in sicurezza”; il contaminante può dunque rimanere inalterato ed esplicare tutto il suo
potenziale sugli organismi viventi, oppure, essere “trattato” dai cicli biogeochimici, per
similitudine con le sostanze che entrano a far parte di quel ciclo e trasformato in prodotti di
tossicità diversa, talvolta maggiore.
E’ quindi indispensabile effettuare trattamenti di depurazione, atti a diminuire l’impatto
ambientale dei contaminanti, prima del loro rilascio nella biosfera. Particolarmente
importante si rivela il trattamento per reflui contaminati provenienti da attività produttive
sia agricole (pesticidi) che industriali (coloranti).
E’ auspicabile, al fine di ridurre l’impatto ambientale del trattamento stesso, sia per il
rilascio di eccesso di reattivi che per i loro costi economici e ambientali, percorrere vie
alternative all’ossidazione chimica, la principale delle quali è costituita dalla degradazione
biologica. Per sviluppare ed ottimizzare tale modalità di depurazione risulta di fondamentale
importanza ampliare le scarse conoscenze disponibili sul funzionamento dei meccanismi
naturali di degradazione biologica, ove interessati, in modo di sfruttare un’esperienza
evolutiva maturata nel corso di migliaia di anni.
Mentre sono sotto studio strategie per la ricerca di nuovi enzimi degradativi naturali,
indicando le matrici ambientali ove vengono accumulati i contaminanti a seconda delle loro
caratteristiche chimico-fisiche, è stato esaminato un agente biologico già conosciuto.
L’agente biologico ossidativo prescelto è la laccasi da Trametes versicolor, enzima che
svolge un ruolo fondamentale nella degradazione ambientale della cellulosa.
In questa prima fase del lavoro è stata sperimentata l’azione dell’enzima laccasi su un
erbicida triazinico, la terbutilazina, ampiamente utilizzato nel territorio senese, la cui
molecola ed il suo metabolita (terbutilazina desetil) sono comunemente analiticamente
riscontrati nelle acque superficiali dei laghi di Chiusi e Montepulciano.
Nella ricerca delle migliori condizioni di lavoro per l’enzima, sono stati prelevati dei campioni
reali, la cui matrice, diversamente fortificata, ha permesso, mediante studi di cinetica di
reazione dell’enzima sul sopracitato substrato, la determinazione del range di
concentrazione entro il quale l’enzima è efficiente.
Sono in corso indagini volte a definire la struttura del prodotto di degradazione mediante
diverse tecniche spettroscopiche (gas-massa, NMR), soprattutto al fine di stabilire la sua
tossicità ed il suo impatto sull’ambiente, in relazione ai prodotti di partenza.