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Inquinanti chimici e microbiologici pericolosi

Uno dei principali elementi critici dell’epidemiologia ambientale e dell’analisi del rischio è costituito da una corretta valutazione dell’esposizione umana agli inquinanti presenti in ambiente. Con il termine esposizione si definisce il contatto fra un agente presente in una matrice ambientale e una superficie del corpo umano. 

La valutazione dell’esposizione (exposure assessment) esplora perciò, quanto, come, da quando e per quanto tempo una sostanza viene a contatto con gli individui di una popolazione. A differenza del contesto lavorativo, caratterizzato da esposizioni legate alle mansioni e da un ambito spazio-temporale molto spesso definito, l’inquinamento ambientale è in genere caratterizzato da esposizioni multiple alle più svariate tipologie di sostanze (tossici, cancerogeni, infiammabili, irritanti, sensibilizzanti, ecc.), a basse concentrazioni, con elevata diffusione e variabilità spaziotemporale.

Per tale motivo, è fondamentale che le tecnologie per la valutazione dell’esposizione, soprattutto per quanto attiene l’esposizione ad inquinanti chimici e microbiologici, siano ad alta risoluzione e cioè uniscano il massimo della sensibilità e della specificità. Le tecniche di biologia molecolare hanno costituito in questo senso, un grande impulso per raggiungere ottimi risultati, sia per il monitoraggio delle sostanze inquinanti (sviluppo della biosensoristica) che, più recentemente, per l’analisi fine del Bioareosol.

 

Negli ultimi anni si è assistito ad un sempre più crescente interesse verso la realizzazione di nuove tecniche di indagine per la determinazione rapida in matrici reali, sia in campo clinico sia ecotossicologico. In questo ambito un ruolo decisamente importante lo possono svolgere i biosensori. Un biosensore è un dispositivo di indagine basato sull’accoppiamento di un trasduttore chimico-fisico del segnale con uno di tipo biologico (biotrasduttore). Il biotrasduttore interagendo selettivamente con l’analita in esame provoca la variazione di una proprietà chimica o fisica che viene avvertita dal trasduttore chimico-fisico il quale la trasforma in un segnale di natura elettrica che, opportunamente amplificato ed eleborato, permette di ottenere utili informazioni circa il campione in esame.

Rispetto ai metodi analitici tradizionali, i biosensori in generale, e quelli elettrochimici in particolare, presentano svariati vantaggi quali: semplicità di utilizzo, economicità, sensibilità, selettività e possibile miniaturizzabilità. Quest’ultima possibilità apre all’impiego di questi dispositivi per applicazioni “sul campo”, cosa che in campo ambientale permette di avere informazioni rapide sullo stato di salute dell’ambiente e la sua eventuale contaminazione, permettendo di ridurre i tempi di intervento.

Nell’ambito di questa tematica l’attività di ricerca del Dipartimento Innovazioni Tecnologiche e Sicurezza degli Impianti Prodotti e Insediamenti Antropici è incentrata sulla realizzazione di biosensori elettrochimici e ottici (enzimatici e immunosensori) modificati mediante materiale composito e/o nanostrutturato per la determinazione di alcuni importanti contaminanti ambientali: metalli pesanti, erbicidi, pesticidi e micotossine.

Il Dipartimento Innovazioni Tecnologiche e Sicurezza degli Impianti Prodotti e Insediamenti Antropici affronta il tema dell’applicazione delle nuove tecnologie di sequenziamento genomico, cosiddetto Next Generation Sequencing (NGS), nell’ambito della salute e sicurezza occupazionale in sanità pubblica.

In particolare viene presa in considerazione l’applicazione delle tecnologie high throughput rispetto ai metodi microbiologici classici di coltivazione e sequenziamento, per quanto concerne la valutazione dei rischi ambientali per operatori di diversi settori. Tra questi, l’ambito delle Biblioteche e Archivi cartacei, degli uffici e luoghi scolastici e di cultura. Tali ambienti sono stati anche caratterizzati relativamente ai parametri microclimatici con strumentazione di ultima generazione.

Particolare attenzione viene data agli emergenti ambienti per lo sport e la pratica di attività motorie, tenendo in considerazione l’ampia diffusione di queste pratiche nell’ambito della prevenzione e riabilitazione nonché sostegno a gruppi di popolazione vulnerabili, quali disabili, malati cronici, anziani. 

Le matrici considerate sono aria e acqua, oltre che superfici, sulla base delle diverse tipologie di mansione occupazionale.

Vengono affrontati anche temi di attualità quali la sicurezza per il lavoratore nel settore dello sport nel contesto delle prossime Olimpiadi di Rio 2016, valutando tecnologie per definire varie tipologie di rischio per sport in acque libere contaminate, considerando sia la matrice acqua che l’aria e gli aerosol.

Con il termine Bioaerosol s’intende genericamente l’insieme delle particelle di origine biologica risospese in atmosfera. La natura di queste particelle può essere molto diversa: frammenti di materiale vegetale (foglie, corteccia, radici, fili d’erba), polline e allergeni, cellule batteriche o parti di esse, spore fungine ed acari. La presenza di tali comunità microbiche in atmosfera può avere diverse conseguenze. Da un lato, è possibile ipotizzare un ruolo positivo operato dai microorganismi nella detossificazione di molecole inquinanti. Dall’altro, invece, è stata maggiormente investigata la possibilità che il bioaerosol costituisca un fattore di rischio per la salute dell’uomo. Infatti, è noto che esso possa causare direttamente o essere concausa d’irritazioni e infiammazioni dell’apparato respiratorio.

L’esposizione dell’uomo al bioaerosol è particolarmente marcata in alcuni ambienti di vita e lavoro. Le discariche, gli impianti di trattamento di rifiuti solidi e di acque reflue, gli impianti di compostaggio e gli allevamenti sono tra le attività antropiche a più alto tasso di emissione di microorganismi. Conseguentemente, i lavoratori ed i residenti in aree limitrofe a queste aziende sono tra le categorie maggiormente a rischio di esposizione. L’entità reale del rischio non è ancora stata determinata con esattezza. Ad oggi, infatti, non esistono norme riconosciute né a livello Nazionale né a livello Europeo che regolamentino le emissioni e la dispersione del bioaerosol.

Per questi motivi, è particolarmente rilevante lo studio delle comunità batteriche associate al particolato atmosferico (PM) da sorgenti puntuali. Un’aumentata conoscenza della struttura di comunità e della quantità di batteri presenti in questi ambienti, infatti, potrebbe portare alla definizione esatta del rischio e all’individuazione di valori soglia utili per la promulgazione di leggi in merito. La produzione scientifica in questo campo è molto grande; sono state trattate molte diverse sorgenti puntuali di bioaerosol, per esempio, impianti di trattamento di rifiuti urbani, di compostaggio, di trattamento delle acque reflue e allevamenti. I risultati ottenuti sono molto diversi e pare che la diversità delle comunità microbiche sia per lo più imputabile al tipo d’impianto e alla fase di processo considerati. Ciò può accadere, in generale perché la composizione del bioaerosol subisce variazioni naturali durante le fasi di processo. Ma più precisamente, perché in alcuni casi, ad esempio negli impianti di trattamento delle acque reflue, viene comunemente eseguita una procedura di disinfezione (di tipo chimico o fisico) volta ad eliminare i microorganismi dannosi, che quindi altera artificialmente la comunità microbica. Per questo motivo si sta cominciando a parlare di comunità microbiche impianto e/o processo specifiche.

In impianti di depurazione sono stati trovati una grande varietà di microorganismi, tra cui i batteri dei generi Aeromonas, Acinetobacter, Campylobacter, Clostridium, Enterobacter, Enterococcus, Escherichia, Klebsiella, Mycobacterium, Pantoea, Pseudomonas, Serratia, Staphylococcus, Salmonella, Shigella e Vibrio, funghi filamentosi e inoltre numerosi lieviti. Pertanto, in base a questi risultati, i microrganismi fecali parrebbero rappresentare la fonte di contaminazione principale per gli impianti di trattamento delle acque reflue. Dal punto di vista metodologico, la coltivazione è stata finora la metodica più utilizzata per individuare e quantificare i microorganismi. Solo recentemente e solo in alcuni casi, sono state introdotte tecniche non dipendenti da coltivazione, come ad esempio la PCR quantitativa (qPCR) o analisi dei geni che codificano per il 16S e 18S rRNA. Nonostante il loro utilizzo ancora limitato, le tecniche molecolari permettono analisi più accurate sia in termini di descrizione delle comunità sia di quantificazione. Quest’avanzamento è stato possibile grazie alla disponibilità di un sempre maggior numero di dati e ai continui progressi computazionali nell’analisi dei dati stessi.

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