Struttura e meccanismo di azione di ossigenasi che degradano inquinanti della classe BTEX

In recent years pollution and how it is possible to use available resources to decrease pollution itself while preventing planet and our health damage has become a mainstream argument. The research focuses on all those substances whose complete degradation or reduction we still do not know about. Aromatic rings are toxic structures that are particularly resistant to degradation. Their presence in soils and waters is often due to anthropic activity as waste byproducts or spills of raw materials derived from industrial activities. It will be analyzed how pollutants of the BTEX class (acronym for benzene, toluene, ethylbenzene and xylene) can be degraded by enzymes present in bacteria: in fact, these microorganisms have metabolic degradation pathways capable of converting different pollutant molecules into non-toxic compounds, and thanks to their ability to use these molecules in critical conditions (such as areas having alkaline and halophilic waters) they have a high potential as decontamination agents. In particular, an in-depth study on Pseudomonas bacterium has presented a Gram-negative bacterium capable of both in vivo and in vitro elimination of aromatic compounds under extreme conditions, such as oil-polluted salt marshes and high pH industrial wastewater. Il Sulfobacillus acidophilus, a thermophilic and acidophilic Gram-positive bacterium, found in Pacific Ocean hydrothermal waters, is capable of completely degrading phenol in 40 hours at 45°C and pH 1.8. The focus will be on the different interactions between pollutant molecules and the active site of the enzyme. The considered interactions are Van Der Waals forces and π-π bonds between iron of catechol-2,3-dioxygenase and phenol of pollutants. Next, the different studies performed with emphasis on the different bonds between the pollutants and the enzyme will be considered by means of the so-called molecular docking method. A comparison of two different types of enzyme will be presented and conclusions will be drawn regarding their applicability to bioremediation.

Negli ultimi anni si è parlato molto di inquinamento e di come utilizzare le risorse a nostra disposizione per riuscire a diminuirlo prevenendo i danni che può causare al pianeta e alla nostra salute. La ricerca si incentra su tutte quelle sostanze di cui, ancora oggi, non conosciamo la completa degradazione o riduzione. Gli anelli aromatici sono strutture tossiche particolarmente resistenti alla degradazione. La loro presenza nei suoli e nelle acque è spesso dovuta all’attività antropica in quanto sottoprodotti di scarto o sversamenti di materie prime derivate da attività industriali. Verrà analizzato come le sostanze inquinanti della classe BTEX ( acronimo che definisce benzene, toluene, etilbenzene e xilene) possano essere degradate da enzimi presenti nei batteri: infatti questi microrganismi possiedono vie di degradazione metaboliche in grado di convertire diverse molecole inquinanti in composti non tossici, e grazie alla loro capacità di utilizzare queste molecole anche in condizioni critiche (come zone aventi acque alcaline ed alofile) hanno un elevato potenziale come agenti di decontaminazione. In particolare viene presentato un approfondimento sul batterio Pseudomonas, un batterio Gram negativo, in grado di eliminare sia in vivo che in vitro i composti aromatici in condizioni estreme, come le paludi salmastre inquinante da petrolio e le acque reflue industriali ad alto pH. Il Sulfobacillus acidophilus, un batterio Gram positivo termofilo e acidofilo, presente nelle acque idrotermali dell’Oceano Pacifico, è in grado di degradare completamente il fenolo in 40 ore a 45°C e pH 1.8. L’attenzione sarà focalizzata sulle diverse interazioni tra molecole inquinanti ed il sito attivo dell’enzima. Le interazioni prese in considerazione in questa tesi sono le forze di Van Der Waals e legami π-π tra il ferro della catecolo-2,3-diossigenasi ed il fenolo degli inquinanti. In seguito verranno presi in considerazione i diversi studi effettuati con particolare attenzione ai diversi legami tra le sostanze inquinanti e l’enzima, grazie al metodo del docking molecolare. Verrà presentato un confronto tra due tipologie diverse di enzima e verranno tratte le conclusioni riguardo alla loro applicabilità al biorisanamento.