Pesticidi: rischi ed uso dei microorganismi come soluzione allo smaltimento

I pesticidi

Da quando nel mondo è aumentata la richiesta di cibo, è aumentato di gran lunga anche il diffondersi dell’agricoltura intensiva. Tuttavia, per difendere le colture dall’attacco di patogeni vari ed evitare quindi elevate perdite economiche, i pesticidi sono diventati di uso comune.

Uso di prodotti fitosanitari sulle colture agricole - Pesticidi — *Figura 1 – Uso dei pesticidi sulle colture agricole* [Fonte: Trevisotoday.it]

Questi ultimi per definizione sono una sostanza, o un insieme di sostanze velenose ed efficaci contro gli organismi bersaglio; sono, invece, sicuri per l’ambiente e per gli organismi non bersaglio. Eppure, la raccomandazione che si fa per tutto ciò che produciamo, vale anche per i pesticidi: bisogna stare attenti al tipo di uso che se ne fa. Infatti, al giorno d’oggi gli agricoltori li usano in maniera eccessiva e per questo motivo due sono le principali conseguenze:

Molti patogeni hanno sviluppato una resistenza;
Tali prodotti danneggiano anche gli organismi non bersaglio.

Ci vengono in aiuto, però, i microorganismi. A tal proposito, questi sono in grado di convertire i composti organici e dannosi in semplici ed innocui, attraverso le diverse fasi metaboliche.

Normative che ne regolano l’uso

Per un uso corretto dei prodotti fitosanitari, PF, si fa ricorso alla Direttiva 2009/128/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 21 Ottobre 2009. Essa mira a normare tutto quello che è il ciclo dei pesticidi, quindi la loro produzione, l’immissione sul mercato, l’uso, sino all’eliminazione. Successivamente, in Italia è stata recepita come d.lgs. n 150 del 14 Agosto 2012, il quale ha portato allo sviluppo del Piano d’Azione Nazionale, PAN. Esso serve a regolare l’uso dei pesticidi in modo tale da ridurre i rischi sulla salute umana, l’ambiente e la biodiversità.

Innanzitutto, alla base di questo piano nazionale c’è un concetto fondamentale: la formazione di coloro che fanno uso di questi composti. È assolutamente necessario che queste persone siano istruite riguardo l’uso di tali sostanze. Se così non fosse, il loro operato potrebbe diventare un rischio per se stessi e per ciò che ci circonda. Ma il PAN prevede anche tutta un’altra serie di norme, infatti:

E’ vietata l’irrorazione aerea per evitare che le sostanze contaminanti si diffondano in altre aree e più rapidamente del previsto;
Si attua un controllo periodico e specifico delle attrezzature per l’applicazione di questi;
Si procede in maniera corretta al trattamento e allo smaltimento degli imballaggi che contengono tali composti.

Quali sono le categorie da considerare in quanto pesticidi?

Innanzitutto, è doveroso fare un’importante differenza, ossia quella tra i prodotti fitosanitari e i biocidi.

I primi sono prodotti pronti all’impiego, previa diluzione nell’acqua, che vengono utilizzati per proteggere e conservare le specie vegetali da qualsiasi tipo di organismo nocivo, prevenendone gli effetti negativi. I secondi sono sostanze chimiche o biologiche, usate per la disinfezione delle diverse matrici ambientali e per l’igiene umana, animale ed alimentare, poiché aiutano a tenere sotto controllo gli effetti deleteri di animali pericolosi, quali roditori, uccelli, molluschi.

Tra i pesticidi più usati annoveriamo erbicidi, insetticidi, fungicidi, rodenticidi, molluschicidi e nematodicidi. Essi, in generale, possono essere suddivisi in diverse categorie, ma quella alla quale si fa maggiormente riferimento è la classificazione chimica. Questa, infatti, ci permette di correlare la loro struttura alla loro funzione e quindi a quello che sarà il loro ciclo vitale nell’ambiente. Le principali classi di sostanze usate e ritenute anche maggiormente pericolose sono: gli organoclorurati, gli organofosfati, i carbammati, i piretroidi ed alcuni biopesticidi.

*Figura 2 – Suddivisione chimica dei pesticidi* [Fonte: Intechopen.com]

Il destino dei prodotti fitosanitari ed i rischi legati ad essi

I pesticidi risultano essere una fonte di rischio soprattutto durante la loro applicazione alle colture agricole. Infatti, questi possono subire perdite accidentali e spostarsi in aria e verso le acque sotterranee e superficiali, inquinando anche queste. Inoltre, possono accumularsi nell’ambiente. Il loro movimento attraverso i vari strati del terreno è determinato da: grado di affinità con le particelle del suolo, pH, temperatura e presenza di altri composti organici.

Molti di questi, infatti, persistono nell’ambiente portando ad un processo di biomagnificazione, ossia di accumulo nella catena alimentare; questo accade perché non esistono in natura dei meccanismi enzimatici in grado di poter convertire la struttura di queste sostanze, in versioni più semplici. Altre volte, invece, accade addirittura che alcuni di questi possano essere convertiti in principi attivi anche più dannosi di quello primordiale.

Quindi al netto di queste considerazioni: quali sono i rischi legati all’uso dei prodotti fitosanitari? Per quanto riguarda l’ambiente, il loro uso spesso scatena la decimazione delle specie usate come indicatori dello stato di benessere, in particolar modo nelle acque. Inoltre, molte specie nocive hanno sviluppato una resistenza a questi composti, mentre specie utili soccombono, come nel caso degli insetti impollinatori. Infatti, su di essi possono avere effetti tossici, specie sul sistema nervoso!

Api danneggiate dall'effetto dei pesticidi — *Figura 3 – Api danneggiate dall’effetto dei pesticidi* [Fonte: Greenme.it]

A livello della salute umana tali prodotti inducono cancro ed effetti neurotossici. In più, un dato davvero allarmante è che possono fungere da interferenti endocrini. Difatti, mimano l’azione di quegli ormoni che regolano la gran parte dei meccanismi che si verificano nel nostro organismo.

Bisogna, inoltre tener conto di un altro fattore. Diversi paesi in via di sviluppo hanno continuato ad usare in modo improprio molti di quei composti che dalla legge sono stati etichettati come obsoleti, o addirittura vietati.

Le soluzioni fisico-chimiche adottate per lo smaltimento dei prodotti fitosanitari

Le soluzioni sino ad ora adottate per risanare le aree inquinate dai pesticidi, rientrano in due tipologie: fisiche e chimiche.

Nell’ambito di quelle fisiche le più usate sono sicuramente la tecnica dell’adsorbimento e quella dell’estrazione. Quando si parla di adsorbimento (da non confondere con l’assorbimento), ci si riferisce al fatto che una sostanza, può legarsi alla superficie di un’altra sostanza in base all’affinità che c’è tra le due.

Adsorbimento vs assorbimento dei Pesticidi — *Figura 4 – Adsorbimento vs assorbimento* [Fonte: Thedailygarden.us]

Ecco perché per adsorbire i composti attivi dei pesticidi, impedendogli quindi di accumularsi nell’ambiente, si usa prevalentemente il carbone attivo. Questo composto è tra i più usati per la tecnica dell’adsorbimento. Esso ha una superficie porosa ed ampia per cui molto adatta a questo metodo di rimozione. Il problema è che il carbonio attivo non ha dei siti target specifici solo per i prodotti fitosanitari. Per questo motivo, una percentuale di tale materiale potrebbe legare qualsiasi altro composto; inoltre è costoso e dopo diversi cicli la sua azione va diminuendo.

Per l’estrazione, invece, bisogna usare solventi specifici, atti a determinare la separazione tra la fase liquida (le sostanze chimiche) e la fase solida (il terreno). Spesso, specialmente per alcuni pesticidi, diventa critico scegliere il solvente giusto. Inoltre, bisogna mantenere determinati tipi di temperatura e pH durante l’operazione, per cui il metodo diventa anche in tal caso complesso e dispendioso.

Per quanto concerne, invece, le metodologie chimiche usate, quella preferita solitamente è l’uso di sostanze ossidanti. Queste sostanze hanno il compito di aggiungere gruppi contenenti l’O₂ al composto attivo del pesticida. Ciò fa si che la natura lipidica del principio attivo si riduca e divenga più facile degradarlo. Fatto sta, che quest’azione molto spesso richiede il passaggio per specie intermedie chimicamente forti come il radicale idrossile.

I batteri usati come soluzione naturale per combattere l’inquinamento da pesticidi

La pressione evolutiva ha un ruolo importante nel determinare la comparsa di specie microbiche, atte ad eliminare le sostanze discusse fino ad ora. Queste specie, soggette alla presenza continuativa dei prodotti fitosanitari, hanno iniziato a sviluppare dei meccanismi metabolici in grado di eliminarli.

I batteri in questione abitano soprattutto il suolo, perché è lì che immettiamo i composti per le piante. Tuttavia, la trasformazione di questi ultimi dipende non solo dalla presenza di microrganismi con enzimi degradanti appropriati, ma anche da un’ampia gamma di parametri ambientali. Per questa ragione, gli scienziati hanno isolato e sequenziato tali specie, per capire che tipo di apparato genetico li caratterizzasse e quali funzioni gli desse. Pseudomonas è stato riscontrato come uno dei principali generi di batteri ad avere questa funzione di biorisanamento. Difatti, alcune delle sue specie sono in grado di ridurre la presenza dell’erbicida aroclor 1242 del 99,8%. In aggiunta, però, anche generi quali Aspergillus, Rhodococcus e Rhizopus possiedono specie microbiche utili alla causa.

A questo punto la domanda potrebbe essere: ma come fanno a fare ciò? Per diverse ragioni. Il numero di questi batteri è elevato, popolano vaste aree sulla terra, anche quelle con caratteristiche più estreme e motivo più importante, sono in grado di scindere legami quali P-O, P-F, P-S e P-C. Quindi, usano i pesticidi come fonte energetica. Inoltre, non sono così costosi.

Le varie fasi del metabolismo microbico

Il metabolismo di sostanze come i pesticidi comporta solitamente tre fasi. Nella fase I del metabolismo, il composto iniziale viene trasformato, attraverso l’ossidazione, la riduzione o l’idrolisi, in un prodotto più solubile in acqua e quindi meno tossico di quello originario. La fase II prevede la coniugazione della sostanza, proveniente dalla fase precedente, con uno zucchero o un amminoacido, che ne faciliterà la degradazione. Si può verificare anche una fase III che può prevedere un’ulteriore riduzione della tossicità del prodotto finale. E’ bene specificare che gli enzimi coinvolti in ognuna di queste fasi sono principalmente:

Le idrolasi e le ossidasi a funzione mista (MFO), coinvolte nella prima fase;
Il glutatione S-transferasi (GST), coinvolto principalmente nella seconda fase.

Le idrolasi, ad esempio, sono un ampio gruppo di enzimi coinvolti nella scissione dei composti originari in uno o più composti intermedi. Per far questo, essi usano una molecola d’acqua.

Idrolisi Pesticidi — *Figura 5 – Idrolisi* [Fonte: Chimicamo.org]

Nella reazione catalizzata dalle MFO, invece, un atomo di una molecola di ossigeno viene incorporato nel substrato, mentre l’altro viene ridotto ad acqua. Per questo motivo le MFO necessita di Nicotiamide-adenina dinucleotide fosfato (NADPH) e O₂ per il loro funzionamento.

*Figura 6 – Ciclo del citocromo p450* [Fonte: Documen.site]

I GST, infine, sono un gruppo di enzimi che catalizzano la coniugazione di componenti idrofobiche con il tripeptide glutatione. I metaboliti derivanti dalla fase I sono coniugati al suo gruppo tiolico -SH.

*Figura 7 – Glutatione-S-transferasi* [Fonte: Cleanpng.com]

Concludendo, che cosa abbiamo capito?

Abbiamo capito che gli approcci fisico-chimici sono spesso costosi ed esiste la possibilità questi immettano in natura metaboliti anche più pericolosi dei pesticidi. I metodi di biorisanamento sono, quindi, gli approcci più promettenti, ecosostenibili ed economici da attuare. Chiaro è che da soli non bastano. Per cui, almeno fino ad ora, la scelta prevalente è stata quella di sfruttare entrambe le tecniche. Questo metodo ha permesso una rimozione delle sostanze dannose maggiore del 95% nell’ambito delle colture agricole. Infine, bisogna educare tutti coloro che lavorano nell’ambito di produzione, utilizzo e smaltimento dei prodotti fitosanitari ad un corretto uso nell’ambiente.

Fonti

https://www.gazzettaufficiale.it/eli/id/2012/08/30/012G0171/sg
https://it.wikipedia.org/wiki/Prodotto_fitosanitario
https://www.efsa.europa.eu/it/topics/topic/pesticides
M. L. Ortiz-Hernandez et al. (2013). Pesticide Biodegradation: Mechanisms, Genetics and Strategies to Enhance the Process. Intechopen. doi: 10.5772/56098
B. S. Giri et al. (2021). Progress in bioremediation of pesticides residues in the environment. Environmental Engineering Research. https://doi.org/10.4491/eer.2020.446

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