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Alessandro Leoni, Gloria Astolfi e Federica Zipari

GLI ORGANOCLORURATI

Introduzione

I pesticidi sono un gruppo di sostanze chimiche, bioattive e tossiche.

Una classe diffusa sono gli organoclorurati che possono essere classificati:

Insetticidi aldrin, dieldrin, DDT, eldrin, ecc.

Policlorobifenili (PCB) conduttori dielettrici, plastiche e prodotti della gomma.

Diossine (PCDD) e Furani (PCDF) derivati da processi di combustione e smaltimento dei rifiuti.

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Uso e abuso di pesticidi

Utilizzo di pesticidi nel mondo I POPs (Persistant Organic Pollutants) sono dei prodotti artificiali persistentinell’ambiente e possono essere rilavati nel tessuto adiposo umano, nel sangue e nellatte materno.

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Utilizzo di pesticidi nel mondo

È stato siglato un accordo internazionale in cui si è discussa l’eventualelimitazione e messa al bando dei POPs

L’OMS ha fornito uno standard internazionale per la classificazione dei pericoli e, secondo i valori ottenuti (espressi come DL50) sono riportate le seguenti categorie:• IA estremamente pericoloso• IB molto pericoloso• II moderatamente pericoloso• III leggermente pericoloso

Stockholm Convention On Persistent Organic Pollutants

Danni collaterali

Eventi indesiderati:- Perdita di fertilità nel terreno- Acidificazione del suolo- Lisciviazione dei nitrati- Maggiore resistenza alle

specie infestanti- Perdita della biodiversità

L’inquinamento da pesticidi sconvolge l’intera struttura dell’ecosistema e funziona attraverso la biomagnificazione

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Degradazione biologica dei composi OC

I solventi clorurati, una volta immessinell’ambiente, subiscono dei processi di trasformazione che, possono ridurne la presenza oppure possono dare origine a sottoprodotti ancora più pericolosi di quelli di partenza

Esempio di pathway di degradazione del PCE a Cloruro di Vinile (VC), cancerogeno e più tossico

I microorganismi autoctoni svolgono un ruolo come promotori della crescita (PGPM plant growth promoting microorganism):- Produzione di antibiotici- Solubilizzazione del fosfato- Fissazione dell’azoto- Produzioni di ormoni - Competizione con microrganismi - Produzione di siderofori

Strategie di risanamento

Sono stati impiegati vari metodi per la rimozione e il risanamento di siti contaminati. Purtroppo strategie fisico-chimiche non sono state efficaci, entra quindi in gioco la degradazione microbica

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Degradazione dei pesticidi e promotori di crescita

Batteri: Arthobacter, Pseudomonas, Ralstonia, Rhodococcus, Bacillus, Batteri: Arthobacter, Pseudomonas, Ralstonia, Rhodococcus, Bacillus, Nocardiopsis, Cryptococcus, Acetobacter, Alcaligenes.

I funghi del marciume bianco rappresentino una promettente alternativa.

Enzimi: le transferasi, le isomerasi, le idrolasi e le ligasi che catalizzano reazione di idrolisi e di ossidazione

Degradazione dei pesticidi e promotori di crescita

Le ossidoreduttasi del CYP450 contribuiscono alla degradazione di atrazina, norflurazone e clortolurone dai terreni, attraverso il trasferimento di elettroni da una molecola ad un’altra.

Le ossidoreduttasi partecipano alle reazione di ossidazione e riduzione, di questa categoria fa parte ad esempio l’enzima GOx, utile per la degradazione del glifosato: questo enzima catalizza l’ossidazione del glifosato formando l’ amminometilfosfonato (AMPA), successivamente metabolizzato in NH3 e CO2 .

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Approcci molecolari per la degradazione dei pesticidi

La degradazione di un pesticida consta tre fasi differenti:

I fase ossidazione, riduzione o idrolisi del composto al fine di produrre un prodotto solubile in H2O e meno tossico

II fase coniugazione del pesticida ad uno zucchero o ad un amminoacido per aumentarne la solubilità e ridurne la tossicità

III fase conversione dei metaboliti di seconda fase in coniugati con un’ulteriore riduzione della tossicità.

Via di degradazione del composto xenobiotico

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OGM per la degradazione dei pesticidi

EFFETTI POSITIVI EFFETTI NEGATIVI

pHContenuto di argilla nel terrenoUmidità

SiccitàPresenza di microorganismi Lisi da parte dei batteriofagiPredazione di protozoi

Diclorodifeniltricloroetano (DDT)

Il DDT modifica la permeabilità allo ione K+, altera i canali Na+, inibisce le ATPasi e favorisce il legame tra Ca+ e la calmodulina. Tutti questi meccanismi hanno una caratteristica, che è quella di mantenere la cellula in uno stato ipereccitato (depolarizzazione).

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Diclorodifeniltricloroetano (DDT)

Il DDT è rapidamente assorbito nell’organismo causando:• vertigini, parestesie fino alla paralisi, convulsioni fino all’arresto

respiratorio• Cardiotossicità• Problemi relativi al fegato • Effetti sull’omeostasi endocrina• Effetto sulla riproduzione• Danni sullo sviluppo fetale• Problematiche a livello immunitario• Nausea, vomito, diarrea

Alcuni paesi in via di sviluppo non hanno ancora definitivamente proibito la Alcuni paesi in via di sviluppo non hanno ancora definitivamente proibito la produzione di OC dal momento che questi vengono usati al fine di prevenire malattie come la malaria e il tifo, come ad esempio il DDT

Degradazione con i funghi P. lindtneri e P. brevisporaUna coltura pura di Phlebia lindtneri e Phlebia brevispora con DDT ha mostrato che il DDT è scomparso. Sono stati analizzati i metaboliti tramite GS/MS e si è constatato il fatto che entrambi i funghi hanno metabolizzato il DDT

Il DDA metabolizza il DBP e il DBH entrambi utilizzati come substrato. Questi risultati indicano che i funghi P. lindtneri e P. brevispora possono degradare il DBP/DBH attraverso l'idrossilazione dell'anello aromatico.

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La declorazione riduttiva dei PCB da parte di batteri

La declorurazione di miscele di Aroclors 1242 e 1254 da parte di microrganismi ha causato un impoverimento di congeneri clorurati e un accumulo di congeneri meno clorurati.

Le concentrazioni dei congeneri complanari compresi 3,3', 4, 4', 5-pentaclorobifenile, sono stati significativamente abbassati dalla declorazione riduttiva.

Si è osservato un abbassamento significativo che ha causato

vitro.

Si è osservato un abbassamento significativo che ha causato una sostanziale riduzione delle attività biologiche degli effetti inibitori di Aroclors sulla fertilizzazione dei gameti di topo in vitro.

La declorazione riduttiva dei PCB da parte di batteri

Sono state valutate le attività biologiche delle miscele di PCB attraverso:

Fecondazione in vitro

Induzione EROD

Attività di trascrizione della proteina AP-1

Rilascio di insulina

Attivazione dei neutrofili

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La trasformazione della dieldrina ad aldrina

La dieldrina è un pesticida organoclorurato di ciclodiene, ampiamente impiegato come insetticida, inizialmente come alternativa al DDT

È stata eseguita un’indagine sulla degradazione della dieldrina in condizionianaerobiche attraverso l’impiego di una coltura mista contenentemicrorganismi indigeni, successivamente si è posto il sedimento all’interno diun barattolo sigillato e conservato ad una temperatura di 4°C, in un sistema diatm modulare riempita con, N2, H2 e CO2 in rapporto 85:10:5

La trasformazione della dieldrina ad aldrina

Per valutare la degradazione sono stati considerati diversi parametri:

• Concentrazione di dieldrina

• Temperatura di incubazione

• Fonti di carbonio

Le analisi qualitative sono state effettuate tramite la GC-MS

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La trasformazione della dieldrina ad aldrinaL’elettroforesi ha rilevato che 4 ceppi batterici si sono sviluppati in colture con dieldrina, ovvero: Clostridium acidaminofilo, Clostridium XB90, Acidaminobacter hydrogenoformans e un incolto gruppo batterico BTCE-T2

Sono stati valutati:• Produzione di metano • pH • Potenziale di ossidoriduzione (ORP)

Si può facilmente dedurre come la produzione di metano all’interno della coltura mista non sia stata influenzata dall’aggiunta di dieldrin

Conclusioni

La bioaugmentazione rappresenta il “futuro” in materia di degradazione di composti chimici quali pesticidi.

L’uso di microrganismi per il biorisanamento richiede una comprensione di tutti gli aspetti fisiologici e biochimici coinvolti nella trasformazione degli inquinanti.

La ricerca futura include l’identificazione di altri metaboliti intermedi, l’identificazione e l’isolamento di un sistema enzimatico coinvolto nella degradazione e approcci molecolari per l’applicazione negli ambienti inquinati da cloro organico.

Data la moltitudine di effetti dei PCB, il numero di congeneri e i loro metaboliti trovati nell’ambiente non possono essere solo valutati ma bisognerebbe comprendere meglio i meccanismi per cui i PCB esplicano le loro azioni biologiche

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Conclusioni L'evoluzione dei geni microbici coinvolti nella biodegradazione delle molecole

xenobiotiche potrebbe essere uno sviluppo potente e positivo nella lotta all'inquinamento ambientale.

Si può ipotizzare che i funghi possiedono un ruolo importante nella degradazione degli OC.

L’efficacia dei consorzi microbici è inoppugnabile ma ovviamente vi devono essere ulteriori studi, non solo nel breve periodo ma anche a lungo termine.

Attualmente l’impiego di OGM su vasta scala è limitato, anche per la difficoltà nell’effettuare esperimenti di laboratorio e l’insorgenza di problemi di natura legislativa.

Ceppi selezionati con spiccate capacità degradative vengono aggiunti al terreno.

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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