Batteri sminatori

Le operazioni di bonifica dagli ordigni esplosivi nelle aree teatro di conflitto sono una delle attività più problematiche sia per il costo economico che per l'insita inefficienza della procedura, legata a doppio filo alla vastità dell'area da bonificare e alla varietà dei dispositivi occultati.

(original image --> DANGER MINES)

Il risultato è che la coda di vittime causate da ordigni "dimenticati" si protrae per anni anche dopo che il conflitto è ufficialmente terminato.

I metodi di rilevazione oggi in uso non sono cambiati granché negli ultimi 75 anni  il che amplifica la domanda di soluzioni innovative capaci di individuare le mine terrestri non metalliche a distanza di sicurezza. Se infatti è vero che ci sono automezzi appositamente disegnati per "arare" il terreno allo scopo di fare esplodere "in sicurezza" le mine, è anche vero che in molti casi l'approccio più efficace richiede l'individuazione visiva dell'ordigno prima e il disinnesco manuale poi.

Un aiuto potrebbe ora arrivare grazie ad un biosensore basato su batteri ingegnerizzati che spruzzati sul terreno da monitorare emettono fluorescenza al contatto con tracce di esplosivo.

Non si tratta in realtà di un approccio nuovo essendo stato proposto già nel 1999 sull'evidenza che la componente volatile dell'esplosivo tende a diffondere nell'area circostante con il passare del tempo. Da qui l'idea che non essendo difficile creare un batterio modificato contenente un gene "fluorescente" sotto il controllo di un promotore che risponde ad una data molecola, sarebbe "bastato" identificare una molecola presente nell'esplosivo (o derivata dal) per costruire un biosensore affidabile. Di fatto il sensore avrebbe funzionato come una sorta di cartina tornasole capace di dire "qui ci sono tracce di esplosivo quindi è probabile che ci sia un ordigno nelle immediate vicinanze".

Scansione a distanza degli ordigni (credit: newatlas.com)

La molecola ideale dovrebbe essere presente nel maggior numero di esplosivi in uso (oltre ad essere assente in ambiente naturale o non "critico"), essere sufficientemente stabile nel tempo e volatile (per facilitare la diffusione nel terreno). Dato che la maggior parte delle mine terrestri contiene TNT (e DNT come prodotto di degradazione), questo è stato l'ovvio punto di partenza.

I primi test condotti usando il batterio Pseudomonas putida diedero risultati promettenti ma non ancora utilizzabili in sicurezza: delle 5 aree in cui era stata interrata una carica contenente fino a 4,5 kg di TNT, 4 furono identificate con un margine di 2 metri, insieme però a 2 falsi positivi.

A distanza di anni dalla prima idea e con il miglioramento delle tecniche di ingegneria genetica si è finalmente giunti a nuovi test coadiuvati dalla possibilità di monitorare il segnale fluorescente da remoto grazie all'utilizzo di una scansione laser.

Nel test, pubblicato dal Belkin e collaboratori sulla rivista Nature Biotechnology, si sono utilizzati batteri ingegnerizzati del tipo Escherichia coli, spruzzati su un terreno in cui erano stati sepolti 12 contenitori di varia natura contenenti esplosivo (ma prive di innesco), ricoperte da diversi tipi di terreno (sabbia o terriccio).  I batteri, inglobati in perline di alginato del diametro di 3 mm, sono stati spruzzati in modo che la copertura del terreno fosse di circa 8 perline per centimetro quadrato.

La scelta dell'alginato viene dalla sua porosità che permette sia la diffusione delle molecole "target" nelle perline che la creazione di un ambiente permissivo per la temporanea sopravvivenza dei batteri (si tratta di biosensori, quindi il batterio deve essere vivo per fornire una risposta).

Altro punto chiave nella preparazione del test è stata la calibrazione del sistema di rilevamento, tale da rilevare il segnale fluorescente (rispetto al fondo ambientale) con scansioni laser effettuate a 20 metri di distanza e ad una velocità di 18 cm/sec, per un tempo di scansione totale di circa 15 minuti. 

I risultati sono stati sicuramente positivi con l'individuazione (e mappatura) di tutti i campioni sepolti nella sabbia, indipendentemente dalla tipologia di terreno, di involucro e di esplosivo. Inoltre a differenza del precedente test non si sono avuti falsi positivi.
Particolare importante è che l'involucro doveva essere sepolto da almeno 5 giorni perché la diffusione delle molecole fosse percepibile dai biosensori siti nelle vicinanze. Chiaramente questo preclude l'utilizzo di tali scansioni per la bonifica di mine recenti ma questo non è un problema dato che questi biosensori sono stati pensati per aree teatro di guerra nel passato.

Il sistema di scansione a distanza (credit: nature.com/articles/nbt.3791)

Sebbene i test abbiano dato risultati promettenti, rimangono alcuni problemi da risolvere, tra cui la rimozione (o l'inattivazione) dei batteri ingegnerizzati dopo l'uso, un passo questo fondamentale per evitare il rischio di trasferimento del pacchetto genetico ingegnerizzato ai batteri "indigeni". Altri aspetti su cui bisognerà ancora lavorare è la diminuzione del tempo necessario alla scansione e l'ottimizzazione dei tempi di risposta e delle matrici in cui sono incapsulati i batteri in modo da essere adatti alle diverse condizioni climatiche del teatro operativo.

Fonte

- Remote detection of buried landmines using a bacterial sensor.

Belkin S. et al, Nat Biotechnol. 2017 Apr 11;35(4):308-310

- Fischer, R. et al. (2000) Army AL&T., pp.10–12

- Glowing bacteria could help in landmine cleanup efforts

Darren Quick (su New Atlas)