È noto da decenni che alcuni organismi, trovati principalmente in profondità nel terreno e sotto i corpi idrici, possono abbattere le sostanze tossiche create da molte industrie. Questi microbi che assorbono l'inquinamento sono stati usati per trattare cose come la contaminazione delle acque sotterranee e la fuoriuscita di petrolio di Deepwater Horizon, in un processo noto come biorisanamento. Ma il metodo non è esattamente decollato: riprodurre abbastanza di questi organismi per i trattamenti e ulteriori studi è stato difficile, e gli scienziati non hanno capito bene come gli organismi smantellino effettivamente queste complesse sostanze chimiche.
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I ricercatori dell'Università di Manchester, tuttavia, hanno appena scoperto che questi microscopici organismi usano la comune vitamina B12 per abbattere i sottoprodotti tossici e la scoperta potrebbe presto portare a nuove potenti tecniche di pulizia. Il loro studio, recentemente pubblicato sulla rivista Nature, spiega come hanno usato la cristallografia a raggi X, un processo che misura la defrazione dei raggi X per creare immagini 3D dettagliate di strutture atomiche, per testimoniare come funziona il processo negli organismi per la prima volta.
Utilizzando la cristallografia a raggi X, i ricercatori hanno dimostrato che alcuni tipi di batteri assorbono organoalidi tossici attraverso una sottile fessura resistente all'acqua (verde) e li contengono in una tasca (viola) contenente vitamina B12, che separa gli atomi di alogeno, riducendo così o tossicità neutralizzante. (Scienza) (Scienza) Gli organanoalidi (chiamati per i loro atomi di alogeno legati in modo covalente) sono cattivi sottoprodotti della produzione di cose come padelle antiaderenti, solventi per lavaggio a secco e sgrassatori industriali. Vulcani e fulmini li emettono anche in piccole quantità. Alcuni organismi che amano la tossina che vivono nel terreno “respirano” le molecole di organoalidi, separando alcune o tutte le molecole di alogeno nel processo, allo stesso modo in cui gli esseri umani inalano ossigeno ed espellono l'anidride carbonica. Secondo un recente articolo su Science, questi organismi lasciano penetrare le tossine contenenti alogeno attraverso un'apertura sottile e idrorepellente e le tengono in una tasca che contiene un tipo specifico di vitamina B12, insieme agli enzimi che catalizzano il processo di riduzione dell'alogeno. La vitamina B12 è la chiave del processo, in quanto contiene un atomo di cobalto reattivo che rompe il legame carbonio e alogeno. Anche quando il processo non rimuove tutte le tossine, aumenta comunque la solubilità della molecola, consentendole di disperdersi e abbattere più rapidamente. Il team afferma inoltre di aver superato la sfida di produrre gli organismi in grande quantità, modificando geneticamente altri organismi a crescita più rapida per produrre gli enzimi chiave per l'inquinamento.
David Leys, uno degli autori dell'articolo, ha lavorato per comprendere questo processo di disintossicazione da 15 anni. Gli organismi, collettivamente chiamati delogenasi riduttive, dice, si trovano spesso in siti di contaminazione da halocarbon, come corpi idrici vicino a fabbriche che producono sostanze chimiche industriali. Leys aggiunge che alcuni di questi organismi contengono più di 35 diversi enzimi che riducono l'alogeno, il che significa che ci sono molte opportunità per migliorare il processo di pulizia tossica, ma anche molto altro da studiare.
"Potremmo iniziare a cercare di prevedere quali composti un particolare batterio / enzima [combinazione] può usare dalla sequenza del genoma", afferma Leys. Dice anche che le conoscenze acquisite dalla ricerca consentiranno agli scienziati di ingegnerizzare gli organismi e i loro processi chimici per colpire specifiche tossine artificiali.
Oltre al miglioramento della pulizia tossica, la svolta dovrebbe portare a una migliore individuazione degli organocarburi nelle forniture alimentari e nell'ambiente. I sistemi di ricerca dell'alogeno dei batteri potrebbero essere accoppiati con un sistema che produce una proteina verde fluorescente, creando un marcatore visibile in presenza delle tossine. In alternativa, gli elettrodi potrebbero essere utilizzati per monitorare gli enzimi attivi alla ricerca di segnali specifici che gli organismi emettono in presenza di organoalidi.
Non è chiaro esattamente come o quando questa nuova conoscenza cambierà drasticamente il processo di pulizia degli inquinanti chimici, poiché c'è ancora molto lavoro da fare. Ma sapere esattamente come funziona il processo dovrebbe stimolare progressi.
