Il protossido di azoto, un sottoprodotto dell'uso di fertilizzanti, può danneggiare alcuni batteri e alterare il ciclo dell’azoto nel suolo

Un crescente numero di studi si sta occupando di mettere in luce le tecniche produttive utilizzate in agricoltura che siano responsabili dell’emissione di gas serra, la quale viene ricollegata non solo alle attività di allevamento, ma anche a quelle di coltivazione del terreno e quindi alle pratiche colturali collegate. In tale ambito è stato effettuato e recentemente concluso uno studio presso l’Istituto di Tecnologia del Massachusetts (MIT), di cui di seguito si riportano alcune questioni chiave emerse all’attenzione dei ricercatori, che vi han preso parte e che si riservano di approfondirle successivamente, per arrivare a più chiare e nette conclusioni.

Essi di massima sostengono di aver messo a fuoco alcune criticità delle pratiche d’irrigazione e fertilizzazione del terreno che determinerebbero un incremento delle emissioni di ossido nitroso (=protossido di azoto; N2O), ben oltre quelli che si possano considerare i livelli di normale produzione in natura, da parte delle radici delle piante, nell’interazione coi microrganismi che si sviluppano a ridosso di esse. Nelle aziende agricole, il terreno è spesso soggetto a picchi di protossido di azoto per giorni o settimane a causa dell'aggiunta di fertilizzanti azotati, delle piogge, dello scongelamento e di altri eventi.

L’obiettivo dello studio qui proposto non è stato però solo di contrastare la diffusione del protossido di azoto come (importante) gas serra, poiché, come viene segnalato dagli autori, già da tempo è nota una sua tossicità (anche) nei confronti di parte della flora microbica utile del terreno, con effetti che si possono indirettamente riflettere sulla produttività delle colture: il protossido di azoto potrebbe arrivare fino a “modellare” tali comunità microbiche, poiché escluderebbe alcuni microrganismi sensibili alla sua maggiore presenza nel suolo. I ricercatori hanno stimano che circa il 30% dei batteri di cui si conosca il genoma (essendo stato sequenziato), sia suscettibile alla tossicità da protossido di azoto, non potendolo detossificare. Le conseguenze di tale sensibilità sono potenzialmente dannose per i cicli degli elementi nutritivi del suolo.

Come afferma l'autrice senior di questo studio, la professoressa Darcy McRose, dell’Istituto di tecnologia del Massachussetts (MIT); “Questo lavoro suggerisce che la produzione di protossido di azoto, in ambito agricolo meriti attenzione per la salute delle piante. Esso non è stato finora preso in considerazione, ma è particolarmente dannoso per alcuni microrganismi. Questo potrebbe rappresentare un ulteriore punto a sfavore del protossido di azoto, oltre che per il suo impatto sul clima. Con ulteriori ricerche, si potrebbe comprendere come la tempistica della produzione di protossido di azoto influenzi queste relazioni microbiche e come possa essere gestita per migliorare la salute delle colture.”

I risultati dello studio, effettuato (solo) in laboratorio, sono stati pubblicati su mBio, una rivista della Società americana di Microbiologia. Resta ancora da provare la ripetibilità in pieno campo. La professoressa McRose ha scritto l'articolo di questa ricerca insieme all'autore principale e dottorando Philip Wasson.

Gli autori della ricerca segnalano che, nonostante alcuni studi precedenti avessero mostrato la sensibilità di un certo numero di specie microbiche del suolo al Protossido di Azoto (prodotto in certe condizioni da altri microrganismi) e che sia anche noto che il protossido di azoto disattivi la vitamina B12 nel corpo umano, ben poco si sapeva (fino a quest’ultimo studio) dell’impatto dell’N2O sulla distribuzione delle comunità microbiche della rizosfera, poiché negli studi più recenti era stato preferito accentrare l’attenzione sulla capacità del protossido di azoto di aumentare fortemente l’effetto serra ed erodere la cappa dell’ozono.

La professoressa McRose ed il suo allievo hanno quindi approfondito l’effetto del protossido di azoto sui microrganismi della rizosfera, esaminando la biosintesi della metionina, un aminoacido solforato, il cui incremento è associato alla crescita cellulare e la cui sintesi, nei diversi batteri, può essere catalizzata da enzimi dipendenti o meno dalla vitamina B12 (o anche entrambi). La metionina, viene segnalato, è anche precursore di un composto che indirettamente detossifica il protossido di azoto, infatti tale composto (donando gruppi metile) regola dei geni attivatori di enzimi, tra cui quelli responsabili della risposta allo “stress nitrosativo”, provocato dal protossido di azoto. Bloccando la sintesi della metionina i batteri divengono quindi più sensibili al protossido di azoto.

Nel caso di studio i due ricercatori hanno utilizzato il batterio Pseudomonas aeruginosa, in cui, al solo rimuovere un enzima non dipendente dalla vitamina B12 si determina un effetto negativo sulla biosintesi della metionina e per conseguenza una forte sensibilità al protossido di azoto, anche in quella minima quantità prodotta naturalmente dalle radici delle piante.
Successivamente, i ricercatori hanno esaminato una comunità microbica sintetica proveniente dalla pianta Arabidopsis thaliana, scoprendo che molti microrganismi presenti nelle radici erano anch'essi sensibili al protossido di azoto. La combinazione di microrganismi sensibili con batteri produttori di protossido di azoto ne ha ostacolato la crescita. Come spiega Wasson: "Questo suggerisce che i batteri produttori di N2O possono influenzare la sopravvivenza dei loro vicini immediati".

Gli esperimenti compiuti hanno anche confermato che la produzione di protossido di azoto possa ostacolare la crescita dei batteri del suolo che dipendano dalla vitamina B12, per produrre metionina. Ciò mostra che il protossido di azoto disattivi la vitamina B12 anche nei batteri.

La Professoressa McRose ha così concluso: "Questi risultati suggeriscono che il protossido di azoto modella le comunità microbiche produttrici". "In laboratorio il risultato è molto chiaro e il lavoro va oltre la semplice osservazione di un singolo organismo. Gli esperimenti di co-coltura non sono la stessa cosa di uno studio sul campo, ma ne costituiscono una dimostrazione significativa."