Metodi di ingegneria genetica per l’ottimizzazione del contributo del microbiota nel fitorisanamento di contaminazioni da cadmio

L’inquinamento da cadmio (Cd) è un problema diffuso a livello mondiale. Il Cd è un elemento altamente tossico per l’organismo umano. La sua concentrazione massima tollerabile nell’acqua è stata stabilita nella misura di 5 μg/L dalla Commissione Europa, secondo la Direttiva (UE) 2020/2184 del 16 dicembre 2020, dall’EPA (Environmental Protection Agency) negli USA (ATSDR, 1999) e dal governo cinese. Per mantenere la concentrazione di Cd nell’acqua al di sotto di questa soglia, si ricorre frequentemente al fitorisanamento, un metodo di risanamento ambientale economico e di impatto non negativo sull’ambiente. La rimozione del Cd attraverso fitorisanamento è però limitata dalla capacità della pianta di assorbimento dei metalli pesanti. Associazioni fra microrganismi e radici delle piante nella rizosfera possono alzare questo limite, ma non sempre sono sufficientemente stabili, in particolare in ambienti inquinati. Per permettere un legame più stabile fra microrganismi e radici delle piante, in questo elaborato si presentano due diversi metodi di ingegneria genetica che consentono la produzione di proteine in grado di fungere da ponte fra gli elementi della rizosfera. Con il primo metodo, delle proteine sono ingegnerizzate in modo da essere espresse sulla parete cellulare esterna di Escherichia coli geneticamente modificati e da recare domini capaci di riconoscere e legare stabilmente elementi presenti sulla radice delle piante; questi batteri sono poi inoculati nell’acqua inquinata da risanare insieme alla coltivazione di piante addette al fitorisanamento e sono in grado, grazie alla proteina ricombinante, legare stabilmente le radici delle piante. Con il secondo metodo, delle proteine sono ingegnerizzate in modo da fungere da linker fra radici delle piante e batteri specifici funzionali in quanto recanti domini capaci di legare molecole caratteristiche delle due entità; le proteine, espresse in un sistema modello (Saccharomyces cerevisiae) sono successivamente inoculate nelle coltivazioni per fitorisanamento dell’acqua inquinata, insieme ai batteri funzionali Cupriavidus taiwanensis e Pseudomonas putida. Utilizzando questi metodi, è possibile incrementare la capacità di assorbimento del Cd della pianta, permettendo un fitorisanamento più efficiente delle acque inquinate da questo elemento.