Elena Maestri, Marta Marmiroli, Andrea Pirondini, G iovanna Visioli, Nelson MarmiroliDipartimento di Scienze Ambientali, Università degli Studi di Parma

Metodologie di biomonitoraggio innovative nell’ambit o del progetto LaRIA sulla qualità dell’aria

L’idea di un Laboratorio dedicato allo sviluppo di nuove tecniche e metodologie per il monitoraggio degli inquinanti aeriformi nasce dall’esigenza di avere un punto di riferimento regionale, per tutte le aziende e le amministrazioni pubbliche che operano nel campo del controllo della Qualità dell’Aria.

Il progetto, promosso dall’Istituto di Scienze dell'Atmosfera e del Clima - ISAC del CNR di Bologna, raccorda e valorizza diverse competenze e strutture della ricerca già esistenti in Emilia-Romagna, per promuovere in tal modo l’innovazione e il trasferimento tecnologico in un settore, quello della Qualità dell’Aria, di estremo interesse sociale.

L'obiettivo generale del Laboratorio LaRIA è quello di diventare un punto di riferimento regionale per tutte le aziende e le amministrazioni pubbliche che operano nel campo del controllo della Qualità dell'Aria. In particolare si intende:--rendere più facilmente accessibili ai potenziali beneficiari (imprese e amministrazioni) le idee, metodologie e tecnologie sviluppate nell'ambito del mondo della ricerca regionale;--creare una piattaforma di collaborazione tra ricercatori e imprese/amministrazioni che permetta uno scambio delle esigenze ed opportunità e l'avvio di sperimentazioni congiunte su tematiche specifiche.Il progetto è articolato in tre linee progettuali:> Sensoristica (gas e polveri)> Remote Sensing> Modellistica e Calcolo

� ISAC-CNR, Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima;

� IBIMET-CNR, Istituto di Biometeorologia;

� IMM-CNR, Istituto per la Microelettronica e i Microsistemi;

� IMEM-CNR, Istituto dei Materiale per l’Elettronica e il Magnetismo;

� ENEA-UTS/PROT, Unità Tecnico Scientifica Protezione e Sviluppo dell’Ambiente e del Territorio, Tecnologie Ambientali;

� UNIVERSITÀ DI BOLOGNA, Dip. di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche, Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia (DIEM);

� UNIVERSITÀ DI FERRARA, Dipartimento di Fisica – Laboratorio Sensori e Semiconduttori;

� UNIVERSITÀ DI PARMA, Dipartimento di Scienze Ambientali;

� ARS – Atmospheric Remote Sensing di Bologna, CARLO GAVAZZI SPACE;

� FONDAZIONE G. MARCONI.

Per maggiori informazioni

Web: http://www.isac.cnr.it/laria/index.html

Regione Emilia-Romagna “Programma Regionale per la Ricerca Industriale, l’Innovazione e il Trasferimento Tecnologico”

Introduzione

Obiettivi strategici

Partecipanti

Prospettive

Ringraziamenti

ANALISI DI MARCATORI ECOGENETICIA causa della diversità genetica tra individui, gli appartenenti a popolazioni umane diverse sono diversamente suscettibili agli agenti inquinanti, e più o meno predisposti allo sviluppo di sintomatologie patologiche.L’identificazione di questi fattori genetici polimorfici, attuabile attraverso tecniche biotecnologiche, è molto importante per comprendere il fenomeno che chiamiamo “ipersuscettibilità individuale”.La presenza di individui ipersensibili nelle categorie di lavoratori professionalmente esposti all’inquinamento atmosferico è un fattore di rischio occupazionale, che dovrebbe essere conosciuto per meglio prevenire l’insorgenza di malattie gravi.Si effettueranno in lavoratori esposti e gruppi di controllo analisi di polimorfismi in marcatori ecogenetici: CYP1A1 (metabolismo degli IPA), CYP2E1 (metabolismo del benzene), NQO1 (detossificazione di chinoni), GSTM1 e GSTT1 (inattivazioneper coniugazione).Parallelamente, la ricerca dei metalli pesanti può essere effettuata in peli o capelli prelevati da individui esposti e non esposti, utilizzando l’emissione di raggi X al microscopio elettronico (SEM/EDX).

Nel progetto LARIA, il ruolo del Dipartimento di Scienze Ambientali si concentra sulla messa a punto di metodologie di biomonitoraggio, per lo studio e la rilevazione degli inquinanti atmosferici mediante organismi viventi. Tale approccio si affianca a e complementa quello più strettamente strumentale e modellistico degli altri partecipanti.

Si svilupperanno biosensori integrati contenenti piante di diverse specie per la rilevazione dei piùimportanti inquinanti atmosferici. Un aspetto particolarmente innovativo riguarda lo studio di lavoratori esposti all’inquinamento atmosferico mediante biomarker.

L’integrazione dei dati forniti dal biomonitoraggio con quelli forniti dalle analisi strumentali prodotte dagli altri partecipanti apporterà un notevole valore aggiunto allo sviluppo di un sistema integrato innovativo, con potenziali ricadute applicative a breve e lungo termine.

ANALISI DI ACCUMULO DI INQUINANTILe analisi chimiche (ICP-OES) e spettroscopiche (SEM/EDX) sono state applicate negli ultimi 7 anni a diverse piante in diversi contesti:

Piante di interesse agricolo per valutare il flusso di metalli pesanti nelle parti commestibili

Piante iperaccumulatrici di nichel da siti naturalmente contaminati per rilevare i siti di accumulo e le differenze con congeneri non accumulatori

Piante arboree sottoposte a trattamento con piombo per identificare i siti di accumulo nella radice

Piante modello geneticamente modificate per evidenziare il trasporto di cesio

Piante acquatiche in celle di trattamento per reflui caseari per evidenziare l’accumulo di contaminanti inorganici e nutrienti

Approcci per il biomonitoraggio

UTILIZZO DI BIOSENSORILe piante devono essere esposte

all’inquinamento atmosferico con le loro parti aeree, in siti dove

l’aria possa circolare liberamente senza ostacoli, idealmente nella

stessa posizione delle centraline di rilevamento di parametri fisico-

chimici. La posizione deve essere elevata per impedire l’accesso

volontario o accidentale di persone o animali. Le piante per la

captazione delle sostanze gassose saranno esposte all’aria in sistemi

chiusi protetti da filtri atti a fermare il particolato atmosferico

(cellulosa).

DEFINIZIONE DEI BIOSENSORISi definiranno le caratteristiche dei sensori biologici ideali per il monitoraggio degli inquinanti atmosferici.Indicazioni già acquisite suggeriscono l’utilizzo di:

Piante accumulatrici di xenobiotici organici: Brassica oleracea cv. acephala; Lolium multiflorum, Taraxacum officinale.

Piante modello per studi di genotossicità: Arabidopsis thalianaecotipo Columbia.

Piante per indagini proteomiche: Arabidopsis thaliana ecotipoColumbia

ANALISI DI GENOTOSSICITA’La valutazione della frequenza di mutazioni insorte nel corso dell’esposizione ai contaminanti si effettuerà calcolando il numero di polimorfismi evidenziabili all’interno della popolazione esposta in confronto al numero di polimorfismi evidenziabili in popolazioni di controllo mantenute in ambienti controllati (camera di crescita) senza alcuna esposizione. L’identificazione di polimorfismi si effettuerà con le tecniche basate sui marcatori molecolari di tipo RAPD (RandomAmplified Polymorphic DNA) e AFLP (Amplified FragmentLength Polymorphism), tecniche che analizzano simultaneamente decine di siti genomici.

esposizione

Estrazione DNA

Ampli ficazione PCR (RAPD)

elettroforesi

analisi