La bioelettricità microbica

Nell’immaginario collettivo i microrganismi, in particolare i batteri, sono spesso, se non sempre, considerati come una sorta di invisibili “untori”, portatori cioè di infezioni e di malattie. Se questo è vero per alcuni batteri, è altrettanto vero che essi rappresentano solamente una infinitesima parte della popolazione batterica esistente sul nostro pianeta. Infatti, nella maggior parte dei casi i batteri o sono innocui per gli esseri umani e per gli altri esseri viventi o sono invece portatori di benefici. Basti pensare che il nostro intestino ospita circa 100.000 miliardi di batteri, un numero 10 volte superiore al numero di cellule che fanno parte di un organismo umano e che questi batteri svolgono ruoli fondamentali per la corretta digestione degli alimenti. L’importanza che i batteri rivestono nell’intera biosfera è rimarcata dal fatto che essi entrano in tutti i cicli biogeochimici della Terra, avendo colonizzato tutte le possibili nicchie ecologiche presenti sullo stessa. I batteri sono capaci di sopravvivere anche in condizioni “estreme”, ad esempio a temperature o pressioni così elevate da essere incompatibili con la vita dell’uomo e della maggior parte degli altri organismi terrestri. I batteri svolgono, perciò, un ruolo fondamentale nell’equilibrio di tutti gli ecosistemi terrestri e rappresentano una fonte quasi inesauribile di molecole potenzialmente molto vantaggiose per gli esseri umani. I batteri possono aiutarci molto, ad esempio, nella decontaminazione degli ambienti inquinati; da molti anni sono, infatti, noti batteri capaci di degradare il gasolio od il petrolio (Rahman et al., 2002), oppure di detossificare i suoli dai metalli pesanti (Valls and de Lorenzo, 2002) e così via, permettendo il risanamento per “via biologica” di ambienti compromessi. Ma i batteri si sono rivelati utili anche nell’ambito medico e/o farmaceutico. Sono ben conosciuti i batteri che producono antibiotici naturali; meno noti, ma altrettanto importanti, sono quei batteri capaci di sintetizzare molecole antitumorali o antivirali. Il tema dello studio e del possibile utilizzo di questi microrganismi è perciò non solamente affascinante da un punto di vista scientifico, ma incredibilmente importante dal punto di vista applicativo. Questa straordinaria ed unica capacità che i batteri hanno di occupare nicchie ecologiche così diverse e di sintetizzare una pletora di molecole con funzioni biologiche così differenti ed importanti, dipende essenzialmente dalla loro eccezionale “plasticità” metabolica che è dovuta ad una straordinaria variabilità genetica. Questa è, a sua volta, la conseguenza di riarrangiamenti molecolari più o meno estesi del loro genoma e dell'ingresso di materiale genetico estraneo proveniente dai (micro)organismi circostanti (il cosiddetto trasferimento genetico orizzontale) che, nel loro insieme, permettono al batterio di modificare rapidamente le proprie capacità metaboliche e/o di acquisirne altre e, in ultima analisi, di adattarsi velocemente alle variazioni delle condizioni ambientali in cui vivono (es. temperatura, umidità, pH, ecc. ). Di fatto, non sono note tutte le attività metaboliche dei batteri stessi e ne vengono costantemente scoperte di nuove. Tra queste ha destato notevole interesse la scoperta che alcuni batteri (detti batteri “elettrogeni” o “elettro-attivi”) sono capaci di produrre elettricità trasferendo elettroni da un substrato organico ad un accettore di elettroni, in ambienti preferibilmente anaerobici. Le particolari capacità di questi batteri hanno quindi consentito lo sviluppo e la messa a punto di vere e proprie batterie biologiche, dette Microbial Fuel Cells (MFC), per la produzione di energia elettrica.