Sabatini Luigia

Sisti  Maurizio

SABATINI, LUIGIA

SISTI, MAURIZIO

Archivio istituzionale della ricerca - Università di Urbino

Alla domanda su come abbia avu-to origine la vita sul nostro pianeta gran parte di noi, al di là delle proprie convinzioni religiose, risponderebbe “dal brodo primordiale”, facendo ri-ferimento alla teoria formulata agli i-nizi del Novecento dagli studiosi O-parin e Haldane. La scienza ha dimo-strato che i microrganismi sono sta-ti i primi esseri viventi apparsi sulla Terra ancor prima delle piante e de-gli animali e che per miliardi di an-ni hanno rappresentato l’unica forma di vita sul pianeta; per tale lunghissi-mo periodo è stato coniato il termi-ne “era microbica”. La loro presenza è stata fondamentale nel determina-re i grandi cambiamenti ambientali e creare le condizioni favorevoli per lo sviluppo di altre forme di vita sem-pre più complesse. Nel tempo i risul-tati delle conoscenze acquisite in me-rito ai meccanismi attraverso i qua-li vivono e operano i microrganismi hanno portato l’uomo a comprender-ne e contrastarne gli effetti negativi come le malattie infettive, sfruttando invece a proprio vantaggio i positivi effetti biotici e gli innumerevoli pro-dotti delle loro attività metaboliche.È da sottolineare, contrariamen-te all’opinione diffusa, che la mag-gior parte dei microrganismi fino-ra conosciuti non rappresenta un ri-schio per l’uomo, piuttosto un indub-bio beneficio. A tale proposito meri-ta ricordare che gran parte dell’agri-coltura è intimamente legata al ciclo dei nutrienti (carbonio, azoto e zol-fo), cioè alla decomposizione di so-stanze complesse in prodotti sem-plici e alla sintesi di prodotti com-plessi partendo da sostanze semplici, fondamentali per il nutrimento del-le piante. Tutti questi processi sono presieduti e regolati con grande ef-ficienza dai microrganismi attraver-so le reazioni chimiche del cataboli-smo e anabolismo. Gruppi microbi-ci di fondamentale importanza sono quelli che presiedono ai processi di-gestivi della cellulosa nei ruminanti, indispensabili per la loro nutrizione o quelli fissatori di azoto nelle legumi-nose per la fertilizzazione dei terreni. Altri ancora, a miliardi, costituisco-no la flora residente del corpo umano (commensali) che regola molte fun-zioni, per esempio i processi digesti-vi, la produzione di sostanze essen-ziali come alcune vitamine, la dife-sa contro i patogeni mediante la com-petizione per i nutrienti e la produ-zione di sostanze antimicrobiche. Gli innumerevoli prodotti lattiero-casea-ri e tanti altri alimenti di origine ani-male e vegetale di alto valore nutriti-vo e commerciale non potrebbero es-sere presenti sulle nostre tavole sen-za l’apporto delle attività microbi-che, né esisterebbe il gradevole con-sumo delle bevande fermentate come vino, champagne, birra, alcolici ecc. Di fondamentale importanza è il ruo-lo svolto dai microrganismi negli e-cosistemi per l’approvvigionamento delle fonti energetiche quali petrolio, metano, carbone, biogas ecc., pro-dotti delle loro attività metaboliche, che permettono all’uomo di svolge-re agevolmente molte attività lavora-tive e di relazione. Non meno impor-tante è l’impiego dei microrganismi per il trattamento dei reflui urbani, il risanamento ambientale (biorisana-mento) o, nelle moderne tecnologie (biotecnologie), per l’allestimento dei cosiddetti farmaci ingegnerizzati.Queste considerazioni rendono ra-gione dell’affermazione di Louis Pa-steur, padre della microbiologia, che “in natura il ruolo dell’infinitamente piccolo è infinitamente grande”.Agli effetti positivi inevitabilmen-te si affiancano problemi legati alla presenza dei microrganismi in grado di procurare molti danni: alle derrate alimentari, non solo causando la per-dita di prodotto ma anche determi-nando vere e proprie carestie alimen-tari; all’uomo provocando l’insorge-re di patologie infettive che, nono-stante i rilevanti progressi scientifi-ci fatti nella prevenzione e nella cu-L’invisibile utilitàdi Luigia Sabatini e Maurizio SistiE-BOOK CON PRIVILEGIOUrbino, 27 ottobre 2015Fig. 1 Danno causato dai microrganismi al busto di Louis Pasteur, fondatore della moderna microbiologia.Fig. 2 Biodeterioramento di incunabolo De Papia, XV sec. (Tesi laurea Valeria Melloni, Università Alma Mater Studiorum Bologna).Fig. 3 Biodeterioramento di manufatto ligneo (a) e tela (b) causato rispettivamente da Aspergillus spp. (c) e Penicillium spp. (d).ra, rimangono globalmente una delle principali cause di mortalità e mor-bilità. Malattie infettive gravi qua-li malaria, tubercolosi, colera, polio-mielite, peste, citandone solo alcune, pressoché rare o scomparse in Italia, interessano ancora intere popolazio-ni, in particolare quelle dei Paesi in via di sviluppo con milioni di deces-si specialmente nella popolazione in-fantile. Non è un caso che il premio Nobel 2015 per la medicina sia stato attribuito a tre scienziati (Youyou Tu, William C.Campbell e Satoshi Omu-ra) per le loro scoperte utili a contra-stare due delle cosiddette “malattie della povertà” (parassitarie), malaria e filariosi (elefantiasi), sottolinean-do in questo modo l’interessamento della comunità scientifica a una del-le maggiori problematiche presen-ti nei Paesi più poveri. Nelle nazio-ni industrializzate, data la grande di-sponibilità di farmaci, molte malattie infettive sono facilmente guaribili o quantomeno controllabili; nonostan-te ciò paradossalmente assistiamo al grave fenomeno della comparsa della resistenza dei microrganismi ai trat-tamenti chemioterapici, tanto da ri-tenere che l’insuccesso della terapia con antibiotici sia causata proprio dagli eccessi o abusi nel loro impie-go (i microrganismi possono anche essere intelligenti!). L’ubiquitarietà è una delle principali caratteristiche degli “esseri microscopici”; pertan-to la microbiologia, in relazione agli habitat o matrici studiate, ha svilup-pato vari settori: microbiologia me-dica, ambientale, spaziale, degli ali-menti ecc. Uno di questi, di grande interesse, considerata la sua impor-tanza culturale, sociale ed economi-ca, è il “biorestauro”, che ha lo sco-po di rimediare al degrado delle ope-re d’arte. Nel campo dei beni cultu-rali i microrganismi svolgono prin-cipalmente il ruolo negativo di bio-deteriogeni, cioè di responsabili del degrado, cui i manufatti sono sog-getti, in presenza di fattori ambien-tali (umidità, luce, temperatura, pH, composizione chimica del substra-to) favorevoli allo sviluppo micro-bico, con conseguenti danni estetici e strutturali (fig. 1, 2). L’analisi mi-crobiologica di opere d’arte con alte-razioni cromatiche, come quelle ese-guite per il corso di Conservazione e Restauro dei Beni Culturali dell’Uni-versità degli Studi degli Studi di Ur-bino Carlo Bo su manufatti lignei o tele, risulta spesso positiva con l’iso-lamento di miceti filamentosi (fig. 3). Tuttavia l’interesse scientifico nei lo-ro confronti ha portato a riconoscere ai batteri un’utile e applicativa fun-zione, quella di “restauratori” di o-pere d’arte danneggiate. Tale pratica permette in alcuni casi di sostituire ai tradizionali metodi chimico – fisici, che risultano talvolta troppo aggres-sivi o rischiosi per la salute degli o-peratori, quello biologico più sicuro per l’ambiente e l’uomo, nonché e-conomicamente vantaggioso.La biopulitura ha particolare succes-so nel trattamento dei materiali lapi-dei alterati dall’esposizione a inqui-nanti ambientali, ma anche dipin-ti, affreschi e altri manufatti posso-no tornare ai loro splendori grazie ai batteri. Le patologie più comune-mente curabili con il biorestauro de-rivano principalmente da composti i-norganici e organici generati dall’in-quinamento atmosferico o da inter-venti di restauro. La deposizione di queste sostanze sulle superfici inne-sca processi chimico-fisici, che pro-ducono danni strutturali e alterazio-ni della composizione chimica dei materiali costitutivi dell’opera. Dai danni primari potrebbero derivarne di secondari dovuti a colonizzazio-ne di questi nuovi substrati da par-te di altri organismi viventi che, per azione metabolica o meccanica, au-menterebbero il degrado. I processi sui quali è possibile intervenire con il metodo biologico sono la rimozio-ne di solfati e nitrati, causa rispetti-vamente delle croste nere e bianche, di colle, oli, resine. I batteri sono ca-paci, grazie ai propri enzimi costitu-tivi o indotti, di degradare il materia-le con cui vengono a contatto; in par-ticolare trasformano i solfati in idro-geno solforato, i nitrati in azoto mo-lecolare, la sostanza organica in ani-dride carbonica; i prodotti sono gas-sosi e si disperdono nell’aria. L’uti-lizzo di cellule vive prevede un pre-ciso protocollo operativo. I micror-ganismi, in base alla tipologia di in-tervento, sono selezionati in labora-torio partendo da collezioni interna-zionali o da ceppi isolati da matrici ambientali non patogeni. Essi devo-no quindi essere identificati con tec-niche biomolecolari al fine di verifi-care la presenza dei geni codifican-ti gli enzimi specifici per la rimozio-ne dei composti voluta. La biomassa viene veicolata utilizzando supporti inerti (carrier), non tossici, che for-niscono l’acqua necessaria ai micror-ganismi per il loro metabolismo. Il bioformulato (microrganismi + car-rier) è applicato sul manufatto, moni-torato continuamente per controllare la vitalità batterica e il procedere del-la rimozione/degradazione dei com-posti. Nella fase finale si esegue un delicato lavaggio per rimuovere cel-lule, residui organici, enzimi (fig. 4).I ceppi batterici più utilizzati sono Desulfovibrio desulfuricans  e D. vulgaris per la rimozione dei solfati, Pseudomonas stutzeri per l’attività denitrificante. Da diversi anni esper-ti del settore utilizzano la biopulitura e in letteratura si leggono importanti esempi di restauro biologico (fig. 5), quali gli affreschi di Spinello Aretino nel Camposanto di Pisa, della Chie-sa di Santos Juanes a Valencia, della Casina Farnese sul Palatino a Roma. Bibliografia1) B. Biavati, C. Sorlini.. Mi-crobiologia agroambientale, 2008. Casa Editrice Ambrosiana.2) Caneva G., Nugari M.P., Salvadori O.,  2007. La Biologia ve-getale per i beni culturali vol. I. Nar-dini Editore.3) Biorestauro nei Musei Va-ticani. Giornata di studi 10 ottobre 2013. Abstract  http://mv.vatican.va/1_CommonFiles/pdf/Eventi/con-vegni/27_abstracts.pdfFig. 4 Immagine di biopulitura con l’impiego di microrganismi (Italian Association of          Conservation Scientists).Fig. 5 Esito (b) del biorestauro (Micro4Art) su opera marmorea di Lina         Arpesani in memoria di Anna “Neera” Zuccari (Cimitero Monumentale di Milano).Luigia Sabatini, biologa area tecni-co-scientifica dell’Università degli Studi di Urbino Carlo Bo, si occupa di microbiologia diagnostica e sperimen-tale; svolge laboratori e seminari di Microbiologia per gli studenti dei corsi di laurea in cui è prevista tale materia. Collabora con il corso di Conservazione e Restauro dei Beni Culturali effettuan-do analisi microbiologiche sulle opere d’arte.Maurizio Sisti, ricercatore e docente di Igiene generale e applicata nelle Scuo-le di Farmacia e Scienze biologiche dell’Università degli Studi di Urbino Carlo Bo. L’attività di ricerca è rivolta in particolar modo alle problematiche legate all’inquinamento microbiologico ambientale. 

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