Alleati invisibili: i batteri simbiotici aiutano a pulire le acque reflue, ma c'è un problema

Il trattamento delle acque reflue è essenziale per proteggere la salute pubblica e l'ambiente. Negli impianti di depurazione, una comunità microbica diversificata rimuove gli inquinanti dalle acque reflue agricole, industriali e domestiche. La maggior parte delle ricerche si è concentrata sui batteri che vivono liberamente all'interno di questa comunità, ma un nuovo studio rivela ora che anche le partnership microbiche - batteri che vivono all'interno di altri microbi - sono diffuse e attive.

Microbi che fanno squadra

Alcuni anni fa, un gruppo di ricercatori guidati da Jana Milucka del Max Planck Institute for Marine Microbiology di Brema, in Germania, ha scoperto particolari simbionti batterici che si associano ai ciliati, organismi unicellulari che si trovano ovunque ci sia acqua. I simbionti forniscono energia ai loro ospiti, proprio come i mitocondri alimentano le nostre cellule - un'associazione fino ad allora inedita. I dati dei ricercatori indicavano che questi organismi potevano essere particolarmente comuni nelle acque reflue, così il team ha deciso di approfondire l'indagine.

Membri comuni del microbioma delle acque reflue

Analizzando i dati provenienti dagli impianti di depurazione di tutto il mondo, gli scienziati hanno identificato 14 nuove specie di questi batteri endosimbiotici. "Eseguendo la denitrificazione, i batteri contribuiscono alla rimozione dei nitrati, una fase fondamentale del trattamento delle acque reflue. Allo stesso tempo, aiutano i loro ospiti a generare energia convertendo i nitrati nocivi in gas dinitrogeno", spiega il primo autore Louison Nicolas-Asselineau. Gli scienziati hanno individuato queste collaborazioni in quasi la metà degli impianti di acque reflue, suggerendo che sono una parte comune ma precedentemente trascurata di questo ecosistema. E potrebbero essere ancora più abbondanti: "Vediamo che il numero dei simbionti fluttua molto nel tempo all'interno dei singoli impianti di depurazione, quindi è possibile che ce ne sia sfuggito qualcuno".

Una preoccupazione per il clima

Gli endosimbionti denitrificanti, comprese le specie di acque reflue recentemente identificate, codificano in genere un percorso completo di denitrificazione che consente loro di respirare il nitrato fino al gas dinitrogeno (N2). Inoltre, la maggior parte di questi endosimbionti possiede anche un enzima chiamato citocromo-cbb3 ossidasi che permette loro di respirare ossigeno oltre al nitrato.

Tuttavia, una specie si distingue: Candidatus Azoamicus parvus non solo non ha la capacità di respirare ossigeno, ma non è nemmeno in grado di scomporre ulteriormente il protossido di azoto (N₂O), un intermedio del processo di denitrificazione. Invece di convertire l'N2O nell'innocuo N2, rilascia questo potente gas serra nell'acqua circostante. Il protossido di azoto è 300 volte più potente della CO₂ e si sa che il trattamento delle acque reflue contribuisce alle emissioni antropogeniche di N2O nell'atmosfera.

È preoccupante che questa specie sia diffusa negli impianti di depurazione a livello globale. "È la prima volta che troviamo un endosimbionte denitrificante che produce protossido di azoto e si dà il caso che sia quello più ampiamente distribuito negli impianti di trattamento delle acque reflue", afferma Jana Milucka, autore senior dello studio.

Perché è importante

Il trattamento delle acque reflue è una delle maggiori applicazioni della microbiologia, essenziale per la conservazione degli ambienti naturali e della salute umana. Le collaborazioni microbiche descritte ora nella rivista ISME Communications sono state ampiamente trascurate. "Siamo rimasti molto sorpresi dal fatto che le endosimbiosi denitrificanti fossero così abbondanti e prevalenti nelle acque reflue, date le condizioni dinamiche e le intense pressioni ecologiche di questi sistemi", afferma Nicolas-Asselineau. "Il nostro studio evidenzia la necessità di comprendere meglio i microrganismi coinvolti nei processi delle acque reflue, poiché potrebbero essere la chiave per migliorare il trattamento delle acque reflue e ridurne l'impatto ambientale".