Abbattimento di As(V) per riduzione ad As(III) e complessazione con nanoparticelle di ferro idrossido biogenerate da Klebsiella oxytoca DSM 29614

Abstract

Spesso si parla dell’arsenico riferendosi ai problemi di inquinamento di falda ad esso correlati. Al giorno d’oggi esistono diverse tecnologie mirate al sequestro di arsenico dalle acque. Una tecnica che sta assumendo importanza in questi ultimi decenni è quella del cosiddetto ‘biorisanamento’, che si basa sul metabolismo microbico di specifici microrganismi in grado di trasformare metalli pesanti tossici in forme meno nocive. Il presente lavoro di tesi, portato avanti in collaborazione con l’Università degli studi di Milano, è incentrato sullo studio dell’abbattimento dell’arsenato in soluzione acquosa in presenza di Klebsiella oxytoca DSM 29614. La K. oxytoca è un microrganismo anaerobico facoltativo che in presenza di citrato ferrico (terreno FEC) come unica fonte di carbonio ed energia in condizioni anaerobiche, è in grado di produrre un ferro gel costituito da nanoparticelle di Fe(III) idrossido inglobate in una matrice polisaccaridica (EPS). Inoltre studi recenti sul genoma di K. oxyoca DSM 29614 hanno messo in evidenza la presenza dell’operone ars, che conferisce l’arsenico-resistenza al ceppo. L’affinità chimica dell’arsenato per gli idrossidi ferrici e la resistenza del ceppo all’arsenato, ci ha indotto a provare le capacità potenziali del batterio nel ridurre la tossicità dell’arsenico in soluzione acquose. Abbiamo quindi coltivato il ceppo sia in terreno FEC che in terreno NAC (con citrato di sodio al posto del citrato ferrico) aggiungendo 50 mg/l di arsenato. Nello specifico, sono state misurate le concentrazioni di arsenico totale nell’esopolisaccaride, nel pellet cellulare e nel surnatante di entrambi i terreni di coltura. Dai risultati ottenuti è emerso che il ferro idrossido è estremamente efficace nel complessare l’arsenico presente nella coltura. Nel terreno FEC si è infatti assistito a un abbattimento completo dell’arsenato addizionato alla coltura, in quanto la concentrazione di arsenico nel surnatante centrifugato e filtrato dopo 48 ore non era più determinabile. I dati relativi alla speciazione dell’arsenico hanno inoltre evidenziato che nel terreno NAC il ceppo DSM 29216 riduceva dell’83% As(V) ad As(III), la forma chimica dell’arsenico meno tossica. Questa trasformazione è probabilmante dovuta alla respirazione anaerobica dell’arsenato. Nella prima fase di crescita anaerobica il ceppo DSM 29614 fermenta il citrato a CO2 e acido acetico, e il pH della coltura si abbassa da 7.8 a 6.5-6.6. Quando viene aggiunto dell’arsenato alla coltura, il ceppo passa dalla fase fermentativa alla respirazione anaerobica consumando acido acetico e trasformandolo in CO2 e di conseguenza il pH aumenta da 6.6 a 7.1 in 24 ore. Pertanto l’arsenato in condizioni di anaerobiosi diventa l’accettore finale di elettroni e il microrganismo è in questo modo capace di resistere ad alte concentrazioni di arsenato e contemporaneamente di produrre un ferro gel polisaccaridico che sequestra alte concentrazioni di arsenico.