Interazione tra microbi e piante per debellare l’inquinamento del suolo

In anni recenti numerose evidenze scientifiche hanno dimostrato come il successo evolutivo delle piante nell’adattarsi a condizioni di stress e al cambiamento climatico dipendano in larga parte dalla moltitudine di interazioni benefiche che le piante stabiliscono con il microbioma, la ricca e vasta comunità microbica associata alle radici.

Tramite questa associazione, la pianta migliora la propria crescita, le capacità difensive contro fitopatogeni e di adattamento a condizioni di stress. Per favorire e modulare le interazioni con il microbioma, la pianta rilascia una vasta gamma di metaboliti, gli essudati radicali, nei dintorni delle radici: queste molecole hanno lo scopo di attrarre i microrganismi influenzandone il movimento, sostenere la crescita microbica e stimolare dei metabolismi microbici utili al benessere della pianta. 

L’interazione benefica tra piante e microrganismi è anche uno dei fondamenti del processo di biorisanamento, finalizzato al recupero di suoli e sedimenti inquinati, e che si basa sulla capacità della pianta e del suo microbioma di estrarre, trasformare e degradare le molecole contaminanti dal suolo, riducendo l’inquinamento. 

Tra i vari inquinanti, i policlorobifenili (o PCB) sono dei composti tossici, recalcitranti alla degradazione e persistenti, che tendono ad accumularsi nella catena alimentare con effetti disastrosi per gli ecosistemi e la salute umana. Per tali ragioni, la sintesi dei PCB è stata bandita ormai da alcuni decenni, ma i problemi causati dall’inquinamento di queste sostanze persistono ancora.

Da anni il nostro laboratorio studia il sito di interesse nazionale (SIN) Brescia-Caffaro con attenzione a quei microrganismi del suolo che possiedono l’arsenale enzimatico per poter degradare i PCB. Nei dintorni dell’ex industria chimica Caffaro oggi si estende una vasta area urbana e di terreni agricoli con un’estensione di più di 100 ettari di terreni caratterizzati da una contaminazione complessa che annovera PCB, diossine, furani e metalli pesanti. Le odierne strategie per il trattamento di questi siti prevedono il prelievo del suolo inquinato che viene sottoposto a trattamenti fisico-chimici e termici e successivamente reimmesso nell’area di origine, con un forte impatto ambientale ed economico non applicabile ad un’area estesa come il SIN Brescia-Caffaro. Il biorisanamento, dall’altro lato, si basa sulla naturale associazione tra pianta e microbioma e rappresenta un’alternativa a basso costo, ecosostenibile ed applicabile anche a siti di grande estensione.

In una recente pubblicazione scientifica abbiamo fatto una rassegna sulle conoscenze sull’interazione pianta-microrganismi in suoli contaminati da PCB, con l’ottica di poter migliorare le strategie di biorisanamento.

Da un lato, infatti, la pianta da sola non è in grado di degradare i PCB che, accumulandosi nei tessuti vegetali, causano una riduzione della crescita, della capacità fotosintetica ed inducono uno stato di stress, andando a danneggiare numerosi processi biologici. Nel tentativo di disinnescare l’impatto fitotossico dei PCB, la pianta processa queste molecole producendo dei derivati spesso con un potenziale tossico ed una mobilità nell’ambiente maggiore di quello delle molecole originali. Nel nostro studio, abbiamo evidenziato come numerose ricerche sull’argomento siano accomunate da un fil rouge che le lega insieme: l’idea che in tali condizioni di stress, la pianta emetta un “grido d’aiuto” nella forma di un cambiamento nella composizione degli essudati che rilascia dall’apparato radicale, con il preciso obiettivo di reclutare microrganismi capaci di degradare i PCB, per allentare così l’effetto dello stress.

Grazie alla loro versatilità metabolica, numerose specie batteriche, quali PseudomonasRhodococcusBurkholderia etc, sono in grado di utilizzare i PCB per sostenere la loro crescita con il risultato di degradarli o trasformarli in sostanze meno tossiche 

Il “grido d’aiuto” della pianta potrebbe contenere sostanze in grado di stimolare nei batteri degradatori la produzione dell’arsenale enzimatico necessario per degradare i PCB, ottenendo come risultato la detossificazione del suolo. 

Nell’ambito del progetto europeo SENSE, stiamo studiando l’identità delle parole che costituisco in “grido d’aiuto” della pianta, con l’obiettivo di generare conoscenze utili per il potenziamento delle biotecnologie verdi di risanamento di suoli e sedimenti inquinati.

Eleonora Rolli
Dipartimento di Scienze per gli Alimenti, la Nutrizione e l’Ambiente

Pubblicazione: 
Rolli E., Vergani L., Ghitti E., Patania G., Mapelli F., Borin S. “Cry-for-help” in contaminated soil: a dialogue among plants and soil microbiome to survive in hostile conditions”. Environmental Microbiology, 2021, https://doi.org/10.1111/1462-2920.15647.

Ringraziamenti: 
This project has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement N° 841317 (project “SENSE”).

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