L utilizzo degli UV nel trattamento delle acque destinate al consumo umano

Documenti analoghi
Tutti siamo esposti a una certa quantità di radiazioni ultraviolette (UV) provenienti in gran parte dal sole, ma anche da fonti artificiali usate

Genova TIPOLOGIE DI LAMPADE

Disinfezione con UV. Uccisione dei microrganismi. Luce ultravioletta

RIDUZIONE DELLE CLOROAMMINE IN PISCINA TRAMITE RAGGI ULTRAVIOLETTI

NUCLEOTIDI e ACIDI NUCLEICI

L adattamento dei batteri. Strategie di adattamento

Elettroforesi. Elettroforesi: processo per cui molecole cariche si separano in un campo elettrico a causa della loro diversa mobilita.

DNA - RNA. Nucleotide = Gruppo Fosforico + Zucchero Pentoso + Base Azotata. Le unità fondamentali costituenti il DNA e l RNA sono i Nucleotidi.

La mutazione è una modificazione della sequenza delle basi del DNA

& ECOLAB F&B Agri. Chimica in sala di mungitura: come, dove e quando. Dott. D. Borella. Application Manager F&B Italy

TAVOLA DI PROGRAMMAZIONE PER GRUPPI DIDATTICI

Con il termine elettrosmogsi designa il presunto inquinamento derivante dalla formazione di campi elettromagnetici (CEM) dovuti a radiazioni

La Radiazione Ultravioletta e la Biosfera

Genetica dei microrganismi

CELLULE EUCARIOTICHE

Metalli in medicina. L utilizzo dei metalli in medicina ha radici ben antiche. Il ferro ed il

Attivitá e cinetica enzimatica

La regolazione genica nei virus

INTERVENTO DI CLAUDIA RICCARDI PLASMAPROMETEO - Dipartimento di Fisica Università degli Studi di Milano - Bicocca

Le Biomolecole I parte. Lezioni d'autore di Giorgio Benedetti

Analisi Molecolare di sequenze di acidi nucleici

Consumo di acqua. Uomo città litri/giorno Industria. Carta 185 m 3 /TONN Cereali 450 m 3 /TONN Carne bovina 31.

LA GENETICA: DNA e RNA LA GENETICA. DNA e RNA. Prof. Daniele Verri

Convegno Acqua potabile Evoluzione normativa e tecniche di trattamento

Cosa misura il ph: la concentrazione di ioni H +, che si scrive [H + ]. La definizione di ph è: ph = -log 10 [H + ]

TECNICHE DI BIOLOGIA MOLECOLARE. LA REAZIONE POLIMERASICA A CATENA Principi teorici e aspetti pratici

I Microrganismi. Associazione di Promozione Sociale Cucinaverarte No profit Organization Area Educational. Relatore: Nicola Bruno prof.

Come funzionano gli oligo Antisenso? RNA WORLD. mrna. Regolare l espressione genica tramite molecole di RNA. Come funzionano gli oligo antisenso?

EMISSIONE E ASSORBIMENTO DI LUCE DA PARTE DELLA MATERIA

Applicazioni biotecnologiche in systems biology

Sistema di filtrazione abbinato ad una pompa del vuoto. Sistema semplice per la filtrazione

Temperatura e Calore

Tecniche di microscopia

Università degli Studi di Catania Dipartimento di Metodologie Fisiche e Chimiche per l Ingegneria

ONDE ELETTROMAGNETICHE

Classificazione dei Sensori. (raccolta di lucidi)

Che cos è un detersivo?

DISCIPLINA CHIMICA ORGANICA E LABORATORIO A.S

LE MOLECOLE INFORMAZIONALI. Lezioni d'autore Treccani

ASPETTI TERMODINAMICI DEI SISTEMI BIOLOGICI

Applicazione dei metodi rapidi alla microbiologia alimentare: Real Time PCR per la determinazione dei virus enterici

Caratteristiche delle acque naturali

Ingegneria Genetica e Microbiologia Applicata

Energia nelle reazioni chimiche. Lezioni d'autore di Giorgio Benedetti

Microbiologia delle acque reflue & Depurazione delle acque

in Terminazione Neurone Dendriti Soma Fessura sinaptica sinaptica Nucleo dendrite Segmento iniziale Sinapsi inibitoria Segmento mielinico Assone

Trattamento Acque - Tecnologie e Servizi. Abbattimento Arsenico

LA MOLE : UN UNITA DI MISURA FONDAMENTALE PER LA CHIMICA

ASPETTI TEORICI DEL BIOFILM MICROBICO NELLE PROCEDURE DI PULIZIA E DISINFEZIONE

Helena Curtis N. Sue Barnes

Produzione Farmaceutica e Alimentare UV-STYLO-F

AUSILABTM Una gamma completa di detergenti per il lavaggio di vetreria

LA MATERIA MATERIA. COMPOSIZIONE (struttura) Atomi che la compongono

Fissazione dell azoto atmosferico. Conversione di N 2. in Ammoniaca: N H 2 2 NH 3

Disinfezione distruzione di microrganismi patogeni. Sterilizzazione eliminazione di tutti i microrganismi. I microrganismi presenti nelle acque sono:

Metodi di datazione di interesse archeologico

Figura 1. Rappresentazione della doppia elica di DNA e struttura delle differenti basi.

SEQUENZIAMENTO DEL DNA

Il flusso dell informazione genetica il ruolo dei polimeri di nucleotidi

Riccardo Di Liberto Struttura Complessa di Fisica Sanitaria Fondazione IRCCS Policlinico San Matteo -Pavia

Condizioni ambientali e risorse

BIOLOGIA GENERALE ottobre 2007

Metodi di conta microbica


REPLICAZIONE DEL DNA

DETERMINAZIONE DI ENTEROVIRUS IN CAMPONI DI ACQUA

Filtri In Linea Contenitori a Riempimento Per conoscere i prezzi e i relativi sconti contattateci

SINTESI DELL RNA. Replicazione. Trascrizione. Traduzione

Strategie di purificazione di proteine

DI REGOLAZIONE A DUE COMPONENTI

Le idee della chimica

TRASDUTTORI di FORZA E PRESSIONE

STERILIZZAZIONE CON PLASMA

Le PROTEINE sono i biopolimeri maggiormente presenti all interno delle cellule, dal momento che costituiscono dal 40 al 70% del peso a secco.

I processi di tempra sono condotti sul manufatto finito per generare sforzi residui di compressione in superficie. Vengono sfruttate allo scopo

Gruppo di Lavoro Scienze

SUPERAVVOLGIMENTO DEL DNA (ORGANIZZAZIONE TERZIARIA DEL DNA)

TEST BIOLOGIA 1 ANNO ABEI Da inviare a connesso@alice.it entro e non oltre il 6 novembre 2015

Il metabolismo dell RNA. Prof. Savino; dispense di Biologia Molecolare, Corso di Laurea in Biotecnologie

Lo sviluppo del cancro è un processo complesso che coinvolge parecchi cambiamenti nella stessa cellula staminale. Poiché tutte le cellule staminali

Proteine integrali di membrana legate sul versante esterno a gruppi di carboidrati. Formati da diverse subunità che circoscrivono un poro acquoso che

Misura delle proprietà di trasmissione e assorbimento della luce da parte dei materiali mediante spettrofotometro

Farmacodinamica II. Mariapia Vairetti. Dipartimento di Medicina Interna e Terapia Sezione di Farmacologia e Tossicologia Cellulare e Molecolare

Interazione della radiazione ottica con le strutture biologiche ed effetti sulla salute

D.LGS.81/08 TITOLO VIII CAPO V RADIAZIONI OTTICHE ARTIFICIALI (ROA)

SPERIMENTAZIONE DI TECNOLOGIE DI BIORISANAMENTO

Prof.ssa Gamba Sabrina. Lezione 7: IL DNA. Duplicazione e sintesi delle proteine

MECCANISMI DI RIPARAZIONE DEL DNA

GENETICA seconda parte

RNA polimerasi operone. L operatore è il tratto

Temperatura. V(t) = Vo (1+at) Strumento di misura: termometro

TECNICHE DI FILTRAZIONE (PROCESSI A MEMBRANA)-1

Esperienza 7: mutagenesi dovuta agli UV

Il rischio cancerogeno e mutageno

Apparecchi Germicidi per Ambienti UV DIRECT

RIVELAZIONE DELLE RADIAZIONI IONIZZANTI. Nelle tecniche di rivelazione delle radiazioni ionizzanti le grandezze da rivelare possono essere diverse:

TRASCRIZIONE

Il DNA: la molecola della vita

Attori principali nei TCRS. Processi biologici in cui sono coinvolti sistemi a due componenti. Numero di TCRS nel genoma batterico

ESTRAZIONE E PURIFICAZIONE DI ACIDI NUCLEICI ESTRAZIONE E PURIFICAZIONE DI ACIDI NUCLEICI ESTRAZIONE E PURIFICAZIONE DI ACIDI NUCLEICI

Transcript:

L utilizzo degli UV nel trattamento delle acque destinate al consumo umano Caratteristiche degli UV e inattivazione dei microrganismi Roberto Porro Genova, 19 ottobre 2006

Spettro elettromagnetico

Spettro ultravioletto UV A (315-400 nm) Principale frazione di luce UV solare che raggiunge la Terra, poiché minimamente trattenuta dall atmosfera. Scarso potere germicida. Nell uso commerciale UV-A è impiegato soprattutto nelle lampade abbronzanti. UV B (280-315 nm) Componente UV solare trattenuta al 90% dall atmosfera. Limitato potere germicida. Applicazioni ospedaliere (psoriasi, vitiligine, ittero neonatale), laser ad eccimeri (cataratta, miopia).

Spettro ultravioletto UV C (200-280 nm) Frazione UV solare totalmente assorbita dall atmosfera (ma il buco dell ozono ne ha ridotto le proprietà filtranti). Elevato potere germicida. Applicazione nei processi di trattamento acque potabili e reflue. Vacuum UV (100-200 nm) Spettro UV fortemente assorbito dall acqua e dall ossigeno atmosferico. Efficace potere germicida, ma limitato a pochi mm d acqua. A contatto con l acqua genera radicali altamente reattivi: utilizzo come processo di ossidazione avanzata (AOP) per la fotodegradazione di inquinanti organici.

Caratteristiche degli UV Effetti sull uomo Spettro UV Assorb. atmosf. Potere germicida Applicaz. industriali Occhi Pelle Organismo A Minimo Basso Lampade abbronz. - Cataratta + Pigmentaz. melaninica - Bruciature epidermiche + Sintesi vitamina D - Immunosop. B 90% Basso Ospedali - Fotocheratite - Congiuntivite - Eritema - Cancro + Sintesi vitamina D C 100% Elevato Lampade disinfett. Vacuum 100% Elevato AOP - Fotocheratite - Cecità temporanea - Eritema - Cancro + effetti positivi - effetti negativi

Effetti biologici degli UV Fonte: Pratesi R. (1993). Radiazioni non ionizzanti, ed. Pitagora

Meccanismi di inattivazione di agenti chimici/fisici in ambito industriale Bersaglio Agente Effetti Parete cellulare Membrana citoplasmatica Acidi nucleici Enzimi o proteine Aldeidi Tensioattivi anionici Ozono Sali quaternari di ammonio Ipoclorito Composti alchilanti Radiazioni ionizzanti Radiazioni UV Ioni metallici Composti alchilanti Biossido di cloro, acido peracetico Interazione con gruppi NH 2 della parete Lisi cellulare Alterazione della permeabilità: fuoriuscita di citoplasma e materiale a basso peso molecolare Rottura della catena DNA/RNA Cross link Alterazione degli acidi nucleici Rottura gruppi SH degli enzimi Alterazione/legame con la struttura delle proteine Fonte: Block S.S. (1991). Disinfection, Sterilization and Preservation; 4th ed. Lea & Febiger, Philadelphia

DNA

Meccanismi di inattivazione con UV La radiazione UV induce danni agli acidi nucleici (DNA o RNA) dei microrganismi: l alterazione molecolare delle basi azotate impedisce la replicazione degli agenti patogeni. In pratica vengono inibite anche le fasi di trascrizione (DNA mrna) e di traduzione (mrna proteina). Il danno agli acidi nucleici dei microrganismi non inibisce comunque le funzioni metaboliche. Tuttavia, non potendo riprodursi, gli agenti patogeni non sono in grado di infettare l ospite.

Adsorbanza UV L adsorbanza di luce UV da parte del DNA è dovuta al contributo delle adsorbanze delle basi azotate, con picco massimo attorno a 260 nm (254 nm) e minimo a 230 nm

Danni indotti dall UV I più frequenti danni al DNA sono i dimeri di pirimidine adiacenti nello stesso filamento, ovvero Dimero T-T Fotoprodotto (6-4) Ma è possibile, seppure con minore frequenza, la formazione di dimeri C-C e T-C. Nei virus a RNA l irraggiamento UV induce soprattutto la formazione di dimeri C-C e U-U.

Dimero di Timine I fotoni di luce UV destabilizzano i legami idrogeno tra basi complementari T-A favorendo la messa in comune di 2 elettroni tra timine adiacenti lungo lo stesso filamento. Il legame covalente T-T (dimero) distorce la struttura elicoidale del DNA, impedendo la fase di replicazione.

Danni indotti dall UV Altri danni agli acidi nucleici possono verificarsi, in genere, con percentuale inferiore al 5%: alterazione delle basi puriniche (A e G); fotoidrati di pirimidina (T e U). Infine, altre alterazioni del DNA possono avvenire con dosi UV più alte di quelle impiegate nella disinfezione di acque potabili: rottura doppia o singola dell elica del DNA; cross-links (legami covalenti tra due eliche di DNA)

Dose UV-risposta Come per i disinfettanti chimici, anche il processo con UV può essere rappresentato dal modello C t: al posto di C si considera l intensità d irraggiamento I, ovvero la potenza (W o mw) per unità di superficie (m 2 o cm 2 ). Quindi la Dose UV si ottiene dalla relazione: D = dose UV (mj/cm 2 ) I = intensità (mw/cm 2 ) t = tempo di esposizione (sec.) D = I t Variando I e t si ottengono differenti dosaggi in funzione delle necessità di riduzione microbica (log inattivazione), poiché l efficacia degli UV varia secondo la specie di microrganismo: Virus Batteri Criptosporidium (oocisti) Giardia (cisti) Resistenza agli UV

Dose UV-risposta Dosi medie (mj/cm 2 ) di inattivazione (Studi bench-scale con collimatore di luce UV) Fonte: Wright H.B. and Sakamoto G. (1999). UV dose required to achieve incremental log inactivation of bacteria, virus and protozoa. Trojan Technologies, Inc., London, Ontario, Canada

Dose UV-risposta In realtà, la dose UV trasferita dalla lampada di un reattore ai microrganismi non può essere valutata direttamente dalla relazione D = I t poiché nel sistema dinamico tali grandezze non possono essere misurate con l adeguata accuratezza. Nel reattore UV la variabilità delle caratteristiche chimiche dell acqua (trasmittanza, ecc.), la geometria del reattore (turbolenze), le variazioni di portata e il progressivo calo di efficienza della lampada (invecchiamento) possono causare un sensibile scostamento dal caso ideale. Il manuale U.S.EPA (Ultraviolet Disinfection Guidance Manual) descrive le procedure di validazione dei reattori UV con test microbiologici in condizioni statiche (collimatore UV) e dinamiche (biodosimetria). Con il bioassay si opera in differenti condizioni di potenza della lampada, di portata, di trasmittanza e di concentrazione microbica. I risultati di inattivazione sono interpolati con le curve dose/risposta ottenute in bench scale, considerando opportuni fattori di sicurezza.

Cinetica di inattivazione L andamento della riduzione microbica è rappresentato dall equazione: Log inattivazione = log 10 N 0 /N L andamento lineare di 1 ordine (caso ideale ) può differire dalle condizioni reali (reattore UV). Spesso possono verificarsi scostamenti quali: Shoulder Inattivazione poco efficace a basse dosi UV, cui segue un andamento lineare o esponenziale con l incremento della dose (es. Bacillus subtilis). Tailing Diminuzione dell efficacia di inattivazione ( appiattimento della curva), dopo il raggiungimento di un certo log (es. microrganismi aggregati o legati a particelle, tipico delle acque reflue).

Cinetica di inattivazione Fonte: Chang J.C.H. et al. (1985). UV Inactivation of Pathogenic and Indicator Microorganisms. Applied and Environmental Microbiology 49, n.6: 1361-1365.

Meccanismi biologici di riparazione Il danno agli acidi nucleici in seguito all esposizione UV non inibisce, tuttavia, le reazioni cellulari del microrganismo. In alcune circostanze specifici enzimi cellulari possono riparare i danni molecolari al DNA. In questo caso, l agente patogeno riacquista l infettività. I meccanismi di riparazione enzimatica sono essenzialmente due: 1 - Fotoriattivazione 2 - Dark repair

Fotoriattivazione Processo di riparazione enzimatica che può avvenire solo in presenza di luce. È catalizzata dall enzima fotoliasi: 1. si lega alla sezione di DNA danneggiato, in assenza di luce; 2. è attivato dall esposizione a range di luce tra 310-490 nm; 3. separa il dimero T-T per monomerizzazione. Le reazioni di fotoriparazione sono molto efficienti, rapide e non richiede rottura del segmento di DNA danneggiato.

Fotoriattivazione Fattori che influenzano la fotoriattivazione: log inattivazione raggiunto (la probabilità che si verifichi riparazione è inversamente proporzionale alla dose UV applicata); specie e ceppo di microrganismo; tempo intercorso tra esposizione agli UV e luce riattivante; condizioni ambientali (ph, temperatura, nutrienti ). Virus a DNA sono privi della fotoliasi, ma la riattivazione può avvenire utilizzando l enzima cellulare dell ospite. Non si evidenzia fotoriattivazione di Giardia e Cryptosporidium con dosi UV comprese tra 16 e 40 mj/cm 2. In definitiva: la fotoriattivazione non avviene in sistemi UV a canale chiuso (tipici delle acque potabili) ma può verificarsi in quelli a canale aperto (disinfezione di acque reflue).

Differenza di dose UV necessaria ad ottenere determinati log inatt. in microrganismi con e senza fotoriattivazione Fonte: Knudson G.B. (1985). Photoreactivation of UV-irradiated Legionella pneumophila and other Legionella species. Applied and Environmental Microbiolgy 49, n.4:975-980.

Dark repair La definizione riparazione al buio è ambigua poiché può avvenire in presenza di luce e non richiedere, quindi, oscuramento. Contrariamente alla fotoriattivazione (specifica per i dimeri pirimidinici), la dark repair può riparare diverse tipologie di danno agli acidi nucleici. La maggior parte dei batteri possiedono gli enzimi necessari per la reazione. Come per la fotoriattivazione, non è dimostrata dark repair in Giardia e Cryptosporidium con dosi UV impiegate nella potabilizzazione. I virus a DNA possono utilizzare gli enzimi di riparazione della cellula ospite, quelli a RNA no.

Dark repair Processo enzimatico che avviene in 4 fasi: 1 - l endonucleasi riconosce la frazione di DNA danneggiato e separa la doppia elica; 2 - l endonucleasi scinde la sezione di DNA alterata; 3 - la DNA polimerasi ricostruisce la sezione rimossa utilizzando l elica complementare; 4 - la ligasi riunisce la doppia elica del DNA.