I solventi clorurati sono composti organici di sintesi appartenenti alla classe degli idrocarburi alifatici clorurati, largamente impiegati in diversi settori industriali e, come conseguenza, ampiamente diffusi nell’ambiente come inquinanti e particolarmente pericolosi anche per la salute umana. Tra i metodi di bonifica di siti contaminati da solventi clorurati, quelli basati sul biorisanamento sfruttano uno dei peculiari metabolismi batterici coinvolti nella biodegradazione di tali composti: la declorurazione riduttiva anaerobia in cui il composto clorurato è utilizzato come accettore terminale di elettroni in un vero e proprio processo di respirazione anaerobia, detta dealorespirazione; il cometabolismo aerobio in cui il composto clorurato viene fortuitamente ossidato ad opera di ossigenasi batteriche normalmente utilizzate per l’uptake del substrato di crescita preferenziale; l’ossidazione aerobia diretta in cui il composto clorurato funge da donatore di elettroni e substrato di crescita primario per il microrganismo. Il presente lavoro di tesi di dottorato si è occupato della caratterizzazione microbiologica di un’acqua contaminata da solventi clorurati, prevalentemente da 1,2-dicloroetano (1,2-DCA), e della valutazione del suo potenziale di biodegradazione, con l’obiettivo di sfruttare consorzi microbici autoctoni alla matrice contaminata per la definizione di un eventuale intervento di biorisanamento in situ. Le comunità microbiche autoctone dell’acqua contaminata sono state dapprima caratterizzate in termini di struttura, diversità e composizione, mediante ARISA (Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis) e 16S rRNA metabarcoding, evidenziando una grande variabilità: campioni di acqua raccolti da diversi punti di prelievo e in diversi periodi sono risultati infatti piuttosto eterogenei, sia da un punto di vista chimico-fisico che da un punto di vista microbiologico. Abbastanza limitata è risultata la presenza di specie batteriche note in grado di degradare solventi clorurati. La biodegradazione di 1,2-DCA è stata successivamente valutata mediante analisi gascromatografiche in spazio di testa effettuate in microcosmo. Allo scopo di indagare tutti i metabolismi biodegradativi noti nei confronti di 1,2-DCA, sono stati allestiti e opportunamente biostimolati microcosmi in aerobiosi e anaerobiosi. I microcosmi sono stati realizzati all’interno di vials con acqua contaminata, un opportuno terreno di coltura e una quota aggiunta di 1,2-DCA. Il monitoraggio della concentrazione di 1,2-DCA nel tempo ha mostrato elevati abbattimenti nei microcosmi anaerobi biostimolati in presenza/assenza di lattato e nei microcosmi biostimolati in presenza di O2. In entrambi, la caratterizzazione della comunità microbica ha evidenziato la presenza di batteri in grado di svolgere declorurazione riduttiva di solventi clorurati e dealogenazione idrolitica di 1,2-DCA. Nel DNA metagenomico dei suddetti microcosmi è stata anche rilevata la presenza di sequenze dei geni per una dealogenasi riduttiva specifica per 1,2-DCA (dcaA) e per la aloalcano dealogenasi (dhlA). Un’efficiente biodegradazione di 1,2-DCA è stata evidenziata anche in una simulazione di sistema di Barriera Reattiva Permeabile in colonna biostimolato con poli-β-idrossibutirrato (PHB), quale substrato fermentabile e donatore di elettroni a lento rilascio per i processi di declorurazione riduttiva. Il sistema in colonna è stato alimentato con l’acqua contaminata, inoculata con un consorzio batterico precedentemente arricchito su PHB. Infine, è stata avviata una sperimentazione che vede l’utilizzo di carrier biopolimerici biodegradabili come innovativa tecnologia di immobilizzazione di batteri biodegradatori direttamente reclutati dall’acqua contaminata, allo scopo di ottenere una maggiore efficienza di biodegradazione di solventi clorurati, a basso costo e in maniera ecocompatibile. Supporti in acido polilattico hanno dato preliminari evidenze sia di assorbimento del contaminante 1,2-DCA, sia di adesione microbica quando immersi nell’acqua contaminata in un sistema a scala di microcosmo.

(2023). ENHANCED BIOREMEDIATION E MONITORAGGIO MICROBIOLOGICO DI ACQUA CONTAMINATA DA SOLVENTI CLORURATI.

ENHANCED BIOREMEDIATION E MONITORAGGIO MICROBIOLOGICO DI ACQUA CONTAMINATA DA SOLVENTI CLORURATI

Cruciata, Ilenia
2023-01-01

Abstract

I solventi clorurati sono composti organici di sintesi appartenenti alla classe degli idrocarburi alifatici clorurati, largamente impiegati in diversi settori industriali e, come conseguenza, ampiamente diffusi nell’ambiente come inquinanti e particolarmente pericolosi anche per la salute umana. Tra i metodi di bonifica di siti contaminati da solventi clorurati, quelli basati sul biorisanamento sfruttano uno dei peculiari metabolismi batterici coinvolti nella biodegradazione di tali composti: la declorurazione riduttiva anaerobia in cui il composto clorurato è utilizzato come accettore terminale di elettroni in un vero e proprio processo di respirazione anaerobia, detta dealorespirazione; il cometabolismo aerobio in cui il composto clorurato viene fortuitamente ossidato ad opera di ossigenasi batteriche normalmente utilizzate per l’uptake del substrato di crescita preferenziale; l’ossidazione aerobia diretta in cui il composto clorurato funge da donatore di elettroni e substrato di crescita primario per il microrganismo. Il presente lavoro di tesi di dottorato si è occupato della caratterizzazione microbiologica di un’acqua contaminata da solventi clorurati, prevalentemente da 1,2-dicloroetano (1,2-DCA), e della valutazione del suo potenziale di biodegradazione, con l’obiettivo di sfruttare consorzi microbici autoctoni alla matrice contaminata per la definizione di un eventuale intervento di biorisanamento in situ. Le comunità microbiche autoctone dell’acqua contaminata sono state dapprima caratterizzate in termini di struttura, diversità e composizione, mediante ARISA (Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis) e 16S rRNA metabarcoding, evidenziando una grande variabilità: campioni di acqua raccolti da diversi punti di prelievo e in diversi periodi sono risultati infatti piuttosto eterogenei, sia da un punto di vista chimico-fisico che da un punto di vista microbiologico. Abbastanza limitata è risultata la presenza di specie batteriche note in grado di degradare solventi clorurati. La biodegradazione di 1,2-DCA è stata successivamente valutata mediante analisi gascromatografiche in spazio di testa effettuate in microcosmo. Allo scopo di indagare tutti i metabolismi biodegradativi noti nei confronti di 1,2-DCA, sono stati allestiti e opportunamente biostimolati microcosmi in aerobiosi e anaerobiosi. I microcosmi sono stati realizzati all’interno di vials con acqua contaminata, un opportuno terreno di coltura e una quota aggiunta di 1,2-DCA. Il monitoraggio della concentrazione di 1,2-DCA nel tempo ha mostrato elevati abbattimenti nei microcosmi anaerobi biostimolati in presenza/assenza di lattato e nei microcosmi biostimolati in presenza di O2. In entrambi, la caratterizzazione della comunità microbica ha evidenziato la presenza di batteri in grado di svolgere declorurazione riduttiva di solventi clorurati e dealogenazione idrolitica di 1,2-DCA. Nel DNA metagenomico dei suddetti microcosmi è stata anche rilevata la presenza di sequenze dei geni per una dealogenasi riduttiva specifica per 1,2-DCA (dcaA) e per la aloalcano dealogenasi (dhlA). Un’efficiente biodegradazione di 1,2-DCA è stata evidenziata anche in una simulazione di sistema di Barriera Reattiva Permeabile in colonna biostimolato con poli-β-idrossibutirrato (PHB), quale substrato fermentabile e donatore di elettroni a lento rilascio per i processi di declorurazione riduttiva. Il sistema in colonna è stato alimentato con l’acqua contaminata, inoculata con un consorzio batterico precedentemente arricchito su PHB. Infine, è stata avviata una sperimentazione che vede l’utilizzo di carrier biopolimerici biodegradabili come innovativa tecnologia di immobilizzazione di batteri biodegradatori direttamente reclutati dall’acqua contaminata, allo scopo di ottenere una maggiore efficienza di biodegradazione di solventi clorurati, a basso costo e in maniera ecocompatibile. Supporti in acido polilattico hanno dato preliminari evidenze sia di assorbimento del contaminante 1,2-DCA, sia di adesione microbica quando immersi nell’acqua contaminata in un sistema a scala di microcosmo.
16S rRNA metabarcoding
Biorisanamento
Solventi clorurati
Comunità microbiche
1,2-dicloroetano
Microcosmi
(2023). ENHANCED BIOREMEDIATION E MONITORAGGIO MICROBIOLOGICO DI ACQUA CONTAMINATA DA SOLVENTI CLORURATI.
File in questo prodotto:
File Dimensione Formato  
TESI dottorato_CRUCIATA ILENIA.pdf

embargo fino al 11/12/2023

Descrizione: Tesi di dottorato Ilenia Cruciata
Tipologia: Tesi di dottorato
Dimensione 5.44 MB
Formato Adobe PDF
5.44 MB Adobe PDF   Visualizza/Apri   Richiedi una copia

I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10447/576410
Citazioni
  • ???jsp.display-item.citation.pmc??? ND
  • Scopus ND
  • ???jsp.display-item.citation.isi??? ND
social impact