Un batterio prelevato in ambiente contaminato può rompere i forti legami carbonio-fluoro dei PFAS, nonché i sottoprodotti tossici della degradazione

Che si tratti di acque, aria o terreno, la contaminazione da PFAS è in assoluto tra le più difficili da combattere: queste sostanze, infatti, resistono alle alte temperature e alle reazioni chimiche, si diffondono con estrema facilità e sono particolarmente persistenti, cosa che gli è valsa l’appellativo di “forever chemicals”.

Utilizzati massicciamente a partire dagli anni Cinquanta per produrre vernici, pesticidi e centinaia di oggetti di uso comune come tappeti, padelle e indumenti, i PFAS sono arrivati a contaminare le acque di tutto il mondo, ponendo un concreto rischio per la salute umana.

Un nuovissimo studio guidato dall’Università di Buffalo, però, accende una nuova speranza per la lotta ai forever chemicals: le ricercatrici hanno infatti identificato un ceppo di batteri capace di scomporre almeno tre tipi di PFAS. A differenza dei diversi studi che hanno trattato l’argomento in passato, la nuova ricerca ha tenuto conto anche dei sottoprodotti tossici lasciati dal processo di trasformazione.

Contaminazione da PFAS, un’emergenza globale

La scoperta delle ricercatrici dell’Università di Buffalo e dell’Università Cattolica del Portogallo arriva in un momento in cui l’attenzione sui forever chemicals è decisamente alta. Lo scorso novembre, uno studio federale ha rivelato che il 27% della popolazione statunitense potrebbe essere colpita dagli effetti della presenza di PFAS nell’acqua potabile – un fenomeno che riguarda fino al 70% dei pozzi degli Stati Uniti.

La situazione non è migliore in Europa: qui, dal 2018 al 2022, si è registrata la presenza di PFAS nella gran parte delle acque superficiali: il 51-60% dei fiumi, l’11-35% dei laghi e il 47-100% delle acque costiere e di transizione hanno mostrato livelli di PFOS superiori a quelli considerati sicuri per la salute. In Belgio, in Francia e in Islanda, il 100% dei corpi idrici analizzati è risultato aver superato tale soglia.

La stessa situazione si osserva nei Paesi più industrializzati del continente asiatico: Cina, Giappone e Corea del Sud mostrano livelli di PFAS superiori a quelli raccomandati tanto nelle acque di superficie quanto nell’acqua destinata all’uso umano. Ma i forever chemicals sono arrivati a contaminare anche l’Africa: secondo uno studio dello scorso anno, alti livelli di PFAS sono presenti nell’acqua potabile, nelle falde, nelle acque reflue, nelle piante e anche nell’aria che si respira in ambienti chiusi.

La contaminazione da PFAS, un gruppo che include migliaia di composti noti come fluoruri alchilici, è globale. E si tratta di una forma di inquinamento che è molto difficile da combattere, proprio a causa di quelle eccezionali proprietà fisico-chimiche che hanno reso queste sostanze “indispensabili” per decine di applicazioni industriali.

I batteri per eliminare i forever chemicals dall’ambiente

Gli esseri umani sono esposti ai composti perfluoroalchilici da diversi fronti: i PFAS si trovano nell’acqua e negli alimenti, ma anche in decine di prodotti di uso comune e nell’aria che respiriamo. E diversi studi hanno indicato che tale esposizione può essere correlata a gravi patologie e alla formazione di tumori.

Ma come eliminare delle sostanze così persistenti da essersi guadagnate il nome di “forever chemicals”? Ebbene, i batteri potrebbero essere nostri alleati. Nonostante la maggior parte delle operazioni di bonifica consista nell’assorbire e intrappolare i PFAS, alcuni microrganismi hanno dimostrato di saper rompere i fortissimi legami chimici che rendono queste sostanze “indistruttibili”. Esistono diversi studi a riguardo: i primi risalgono all’inizio dello scorso decennio, e hanno dimostrato che batteri come lo Pseudomonas aeruginosa e i microrganismi del genere Acetobacterium sono in grado di degradare i PFAS.

Il nuovo studio guidato dalle ricercatrici dell’Università di Buffalo, pubblicato su Science of the Total Environment, mostra che il batterio Labrys portucalensis F11 può metabolizzare oltre il 90% dell’acido perfluorottano sulfonico (PFOS) dopo un periodo di esposizione di 100 giorni. I batteri F11, che hanno già mostrato di poter degradare altre sostanze tossiche, hanno anche decomposto una parte sostanziale di altri due tipi di PFAS Il 58% dell’acido carbossilico fluorotelomero 5:3 e il 21% del fluorotelomero sulfonato 6:2.

Come spiega Diana Aga, Professoressa Henry M. Woodburn all’University at Buffalo College of Arts and Sciences e direttrice dell’UB RENEW Institute,

“Il legame tra gli atomi di carbonio e di fluoro nei PFAS è molto forte, quindi la maggior parte dei microbi non può utilizzarlo come fonte di energia. Il ceppo batterico F11 ha sviluppato la capacità di tagliare il fluoro e di mangiare il carbonio”.

Microrganismi mutati da un ambiente ostile

A differenza di molti studi precedenti sui batteri che degradano i PFAS, la ricerca di Aga e colleghe ha tenuto in considerazione anche i prodotti di degradazione a catena più corta, o metaboliti. In alcuni casi, spiegano le ricercatrici, l’F11 ha persino rimosso il fluoro dai metaboliti o li ha ridotti a livelli minimi e non rilevabili.

“Molti studi precedenti hanno riportato solo la degradazione dei PFAS, ma non la formazione di metaboliti. Noi non solo abbiamo tenuto conto dei sottoprodotti dei PFAS, ma abbiamo anche scoperto che alcuni di essi continuavano a essere ulteriormente degradati dai batteri”,

spiega Mindula Wijayahena, dottoranda nel laboratorio di Aga e prima autrice dello studio sostenuto dal National Institute of Environmental Health Sciences.

I PFAS, tanto apprezzati dall’industria degli umani, sono tutt’altro che il pasto preferito dei batteri. Alcuni di quelli che vivono in terreni contaminati, però, sono mutati per scomporre i contaminanti organici come i PFAS in modo da poter utilizzare il carbonio in essi contenuto come fonte di energia. Come spiega Aga,

“Se i batteri sopravvivono in un ambiente difficile e inquinato, probabilmente è perché si sono adattati a usare gli inquinanti chimici circostanti come fonte di cibo per non morire di fame. Attraverso l’evoluzione, alcuni batteri possono sviluppare meccanismi efficaci per utilizzare i contaminanti chimici come nutrimento”.

Il ceppo batterico utilizzato in questo studio, F11, è stato isolato dal suolo di un sito industriale contaminato a Estarreja, in Portogallo e ha dimostrato in precedenza la capacità di eliminare il fluoro dai contaminanti farmaceutici. Tuttavia, non era mai stato testato sui PFAS.

Come “costringere” i batteri a mangiare i PFAS?

Per testare le capacità del Labrys portucalensis F11, le ricercatrici dell’Università Cattolica del Portogallo hanno collocato il batterio in contenitori sigillati senza alcuna fonte di carbonio, fatta eccezione per 10.000 microgrammi per litro di PFAS. Dopo un periodo di incubazione di oltre 100 giorni, hanno quindi spedito i campioni all’Università di Buffalo: qui le analisi hanno rilevato alti livelli di ioni fluoruro, segno che l’F11 è effettivamente riuscito a staccare gli atomi di fluoro dei PFAS in modo da poter metabolizzare quelli di carbonio.

“Il legame carbonio-fluoro è ciò che rende i PFAS così difficili da scomporre, quindi il distacco è un passo fondamentale. L’F11 non solo ha ridotto il PFOS in pezzi più piccoli, ma ha anche rimosso il fluoro da questi pezzi più piccoli”,

spiega Wijayahena. Alcuni dei metaboliti rimasti contenevano ancora fluoro, ma una volta esposto al PFOS per 194 giorni, l’F11 aveva addirittura rimosso il fluoro da tre metaboliti del PFOS.

Come sottolineano le ricercatrici, nei campioni potrebbero essere presenti ulteriori minuscoli metaboliti capaci di sfuggire ai metodi di rilevamento attuali, e va ricordato che i batteri non avevano a disposizione altre fonti di carbonio disponibili per il consumo. Ora, il team vuole capire come incoraggiare gli F11 a consumare i PFAS più velocemente – anche in presenza di altre fonti energetiche.

“Vogliamo studiare l’impatto del posizionamento di fonti di carbonio alternative accanto ai PFAS. Tuttavia, se la fonte di carbonio è troppo abbondante e facile da degradare, i batteri potrebbero non aver bisogno di toccare i PFAS. Dobbiamo dare alle colonie di F11 abbastanza cibo per crescere, ma non abbastanza da far perdere loro l’incentivo a convertire i PFAS in una fonte di energia utilizzabile”,

conclude Aga.

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