Il biofilm: un problema tecnologico

Pronto un innovativo biosensore in grado di ottimizzare i trattamenti chimici dell’acqua industriale con notevole abbattimento dell’impatto ambientale

Esiste, distribuita in tutto il pianeta, una sottilissima pellicola nella quale vivono e si riproducono microrganismi organizzati in una vera e propria comunità che ricopre qualsiasi superficie in contatto con l’acqua. Questa “pellicola vitale”, conosciuta con il termine inglese “biofilm”, è presente ovunque, in qualsiasi ambiente nel quale sono presenti anche solo tracce di acqua, questi microscopici organismi sono in grado di produrre un’invisibile strato vitale che, anche se poco conosciuto, ha la capacità di svilupparsi in qualsiasi condizione ambientale, anche quelle più estreme. Il biofilm è dappertutto, attorno a noi e anche dentro di noi. Basta sorridere, passarsi un dito sui denti e avvertire quella sensazione di viscido-umido per entrare in contatto diretto con questo film microbico che, faticosamente, tentiamo quotidianamente di mantenere sotto controllo.

Il biofilm può essere definito come una matrice organica, formata da biopolimeri poco solubili in acqua, nella quale vivono e si riproducono (in equilibrio dinamico) i microrganismi che la producono, organizzati secondo un vero e proprio micro-ecosistema. Ogni superficie in contatto costante con l’acqua viene quindi immediatamente e irrimediabilmente ricoperta da uno strato di biofilm (da pochi a qualche centinaio di micrometri) che rappresenta la prima fase della “colonizzazione biologica”. Esistono inoltre dei “biofilm monospecifici”, costituiti prevalentemente da batteri, od altri in cui, (sempre in questo sottile strato gelatinoso), possono arrivare a convivere ed interagire tra loro anche altri organismi come protozoi, diatomee e funghi appartenenti a migliaia di specie differenti. Dal punto di vista biologico, questa architettura a matrice semi-solida rappresenta un ottimale arrangiamento spaziale per la circolazione di nutrienti e la protezione degli organismi che la abitano.

Alla luce di tutto questo il biofilm può quindi essere considerato, da un lato, come un sistema biologico ben strutturato, il cui ruolo nei sistemi ecologici, è ancora sottostimato (e dove saranno necessari maggiori approfondimenti), mentre dall’altro, come uno strato d’acqua disomogeneo mantenuto ancorato alla superficie solida dalla “matrice esopolimerica” attraverso una “chimica” in grado di generare fenomeni estremamente dannosi in ambito tecnologico, con elevate ricadute economiche. Se con il termine “biofilm” possiamo quindi intendere un fenomeno di tipo “biologico”, dobbiamo invece associare alle espressioni  “biofouling” o “microfouling” la conseguenza diretta dell’interferenza della “pellicola organica” con le attività tecnologiche umane. Il vocabolo deriva dalla terminologia utilizzata nel settore industriale dove fouling generalmente indica un deposito indesiderato di materiale sulle superfici di origine minerale, organica o, come nel nostro caso, di origine biologica, in grado di innescare fenomeni di biocorrosione e di biodegradazione che possono danneggiare seriamente qualsiasi materiale metallico. Gli effetti negativi della formazione del biofilm possono interessare molteplici attività industriali che utilizzano l’acqua come fluido di processo. Per evitare ciò vengono utilizzate per il trattamento dell’acqua grandi quantità di sostanze chimiche tossiche (biocidi) che creano un forte impatto sull’ambiente nel quale vengono scaricate.

Tra le varie soluzioni proposte in Italia per ridurre l’inquinamento causato dai trattamenti chimici, una in particolare, ha visto la nascita di una nuova tecnologia – frutto della collaborazione tra la ricerca pubblica e due Pmi italiane grazie a finanziamenti nell’ambito dei progetti Por-Fesr della Regione Liguria – in grado di garantire un reale monitoraggio della presenza e dello sviluppo del biofilm, evitando in questo modo l’uso indiscriminato dei biocidi per il trattamento dell’acqua.

Alla base del funzionamento di questa innovativa tecnica di biomonitoraggio vi è la capacità del biofilm di generare un segnale bioelettrochimico direttamente correlato alla sua crescita.

Il biosensore Alvim, sviluppato da un gruppo di ricercatori dell’Istituto di Scienze Marine (Ismar) del CNR, è infatti in grado di misurare l’attività bioelettrochimica del biofilm e fornire in tempo reale una stima del ricoprimento batterico nelle tubature, permettendo di ottimizzare i trattamenti di pulizia, evitando sprechi e inutili immissioni di sostanze tossiche nell’ambiente acquatico con un considerevole abbattimento dei costi economici e ambientali.

Il progetto, che terminerà nei primi mesi del 2012, ha permesso di trasformare in applicazioni tecnologiche innovative i risultati di oltre 15 anni di ricerca scientifica di base nel settore del biofilm e della corrosione indotta da microrganismi.

di Marco Faimali – CNR-ISMAR