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Potrebbe un grappolo di biosensori monitorare in modo efficiente un’ampia gamma di inquinanti dell’oceano?

Mettendo assieme nuovi biosensori, il progetto BRAAVOO finanziato dall’UE ha progettato un dispositivo per rilevare le tossine negli oceani. L’approccio sviluppato può rilevare una varietà di molecole in situ, dagli antibiotici ai metalli pesanti.

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Un tempo di pensava che gli oceani fossero abbastanza grandi da assorbire fuoriuscite di petrolio, rifiuti tossici, plastica galleggiante e altro, ma è ora chiaro che l’inquinamento negli oceani è un problema che sta diventando sempre più grave. “Al momento di sviluppare i sensori per rilevare le tossine inquinanti nell’ambiente marino, il problema è ora quello di decidere quali tra le migliaia di composti che finiscono nei mari si debbano monitorare,” dice il professor Jan van der Meer, microbiologo dell’Università di Losanna, in Svizzera, e coordinatore del progetto BRAAVOO. “Il nostro progetto ha deciso di concentrarsi su un numero di inquinanti ricorrenti per i quali non era disponibile una facile analisi.” BRAAVOO ha sviluppato un dispositivo unico utilizzando dei sensori biologici, facendo uso di tecnologie multiple che rendono possibile l’identificazione simultanea di antibiotici, tossine provenienti dalle fioriture algali, interferenti endocrini chimici provenienti dalle vernici, composti derivati dal petrolio e metalli pesanti tossici. Il consorzio formato da otto partner, accademici e PMI, ha completato il suo progetto triennale nel 2016. Ogni partner ha progettato un elemento del dispositivo di monitoraggio che ha formato il sistema di sensori completo automatizzato. Tre tipi di sensori sono stati inseriti nel dispositivo - immunosensori che usano anticorpi per rilevare specifiche molecole biologiche, biosensori batterici e un sistema per rilevare tossine utilizzando le reazioni dipendenti dalla luce che avvengono nelle alghe. In particolare, BRAAVOO combina biosensori altamente specifici e rivelatori ad ampio spettro più generici. “Volevamo avere alcuni biosensori che fossero molto specifici per i vari composti, ad esempio, destinati a un singolo antibiotico o a una singola tossina algale. Tuttavia, facendo uso di biosensori molto specifici, si potrebbero non rilevare altre tossine nell’acqua, e quindi abbiamo incluso anche dei biosensori molto generici che reagiscono a qualsiasi cosa che potrebbe essere tossica,” spiega van der Meer. Rilevare la tossicità non è sempre facile poiché non sempre sappiamo cosa cercare, ma BRAAVOO ha adottato l’approccio di rilevare gli effetti biologici della tossicità sulle cellule piuttosto che rilevare soltanto le sostanze chimiche note per essere tossiche. Ad esempio, dice van der Meer, “L’osservazione delle prove relative allo stress batterico fornisce un rivelatore molto sensibile dei composti tossici o di combinazioni di composti nell’acqua che provocheranno una tossicità per altri esseri viventi.” Tre ingegnosi metodi biologici di rilevamento sono stati utilizzati nel dispositivo di BRAAVOO, che è stato progettato per essere integrato in una boa marina per un’analisi automatica. Gli immunosensori fanno uso di un anticorpo che si lega ai composti bersaglio. “In questo caso l’innovazione è stata il rilevamento di cambiamenti molto piccoli nelle dimensioni del complesso formato da anticorpo che interagisce e bersaglio, che permette la miniaturizzazione del saggio,” dice van der Meer. I sensori batterici hanno utilizzato cellule liofilizzate che, quando entrano in contatto con un bersaglio chimico, come ad esempio il mercurio o il cadmio, provocano bioluminescenza. La quantità di luce prodotta è una misura del livello di esposizione chimica. Il terzo sensore utilizzato immobilizza delle alghe marine in piccole perline che vengono esposte a un campione in una camera di incubazione dove può essere rilevata la fluorescenza. Il collaudo del sistema nella vita reale è stato impegnativo, perché, afferma van der Meer, “Non abbiamo potuto prima controllare il livello di contaminazione presente nel mare.” Essi hanno quindi usato un mesocosmo - una vasca sufficientemente grande da contenere il sistema che è stato artificialmente contaminato. Il dispositivo è stato anche collaudato con successo al largo della costa dell’Irlanda. Anche se non è stato portato avanti un prototipo per la commercializzazione a causa delle risorse limitate, il sistema di rilevamento algale viene adesso sviluppato dalla Biosensor SRL in Italia.

Parole chiave

BRAAVOO, biosensori, biotecnologia microbica, analisi ambientale oceano, monitoraggio tossicità, immunosensori, bioluminescenza, fluorescenza, alghe

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