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Vita a bordo? Si`, ma non dovunque… controlliamo la biocontaminazione

La vita dell’uomo nello spazio dipende da risorse fondamentali quali l’acqua e il cibo, e in queste pagine abbiamo spiegato come quest’ultimo si possa produrre nell’ambito dei sistemi biorigenerativi.

La produzione di alimenti sicuri a bordo richiede però una serie di attenzioni specifiche. In particolare, dobbiamo prevenire e contrastare la presenza di agenti patogeni nocivi per gli esseri umani e per le piante, pur limitando l’impiego di sostanze tossiche che rischierebbero di accumularsi.

Sulla Terra ogni cosa, vivente o non vivente, ospita microrganismi. Nonostante le precauzioni, essi sono inevitabilmente introdotti a bordo, e a fronte di molti microrganismi innocui, o perfino necessari alla vita dell’uomo, ve ne possono essere di nocivi, in grado di moltiplicarsi e spostarsi grazie a veicoli quali l’aria, l’acqua, gli oggetti e l’uomo stesso. Quindi, la loro moltiplicazione e veicolazione va tenuta sotto controllo, per evitare il raggiungimento di limiti inaccettabili.

Dunque, è fondamentale prevenire, monitorare e mitigare la biocontaminazione.

Guardando una lama di metallo liscia e lucente non lo sospetteremmo, ma ingrandendo al decimo di millimetro, ci accorgeremmo di asperità e rughe sulla superficie, e ingrandendo ancor più saremmo in grado di vedere un abbondante numero di microrganismi che le popolano. Per questo motivo, oltre alla selezione di materiali appropriati, è importante il trattamento superficiale per eliminare fessure e altri difetti in cui i microbi possono annidarsi, e l’uso di materiali ad attività antimicrobica. Tra questi, i più noti sono materiali attivati con particelle metalliche (es. argento) che rilasciate in forma ionica sono in grado di inattivare gli enzimi dei microrganismi causandone la morte. Alcuni frigoriferi casalinghi sono dotati di un sistema di decontaminazione a particelle di argento, sistema che è stato adottato anche nello spazio per la decontaminazione dell’acqua. Un passo importante verso la prevenzione è l'esperimento di lungo termine VIABLE ISS (tuttora a bordo della ISS), che su questo ci fornirà importanti risultati. Oltre alle aree abitabili, serbatoi e condutture, questi metodi di prevenzione potranno essere applicati anche per evitare l’incremento microbico durante l’immagazzinamento del cibo o sulle superfici interne delle camere di crescita e di tutti i loro sottosistemi.

Il monitoraggio è un sistema in grado di rilevare se i sistemi di prevenzione e di mitigazione stiano funzionando correttamente. Per verificare l’efficacia della decontaminazione dell’aria in un ambiente si può ad esempio utilizzare un campionatore d’aria ad impatto su agar, che permette di contare quanti microrganismi sono presenti nel volume di aria campionata. Per rendere davvero efficace un sistema di monitoraggio, si dovrebbe ottenere questa “conta” il più rapidamente possibile. Un’analisi microbiologica tradizionale fornisce generalmente una risposta in non meno di 24-48 ore, un tempo sufficiente a contaminare irreparabilmente l’oggetto campionato. Teniamo presente che a terra possiamo aprire la finestra oppure buttare via la scorta alimentare… ma a bordo sono più che mai necessari sistemi rapidi e sicuri, capaci di analizzare la qualità microbiologica di un campione al più in 2-3 ore, per poter attuare efficacemente le azioni correttive! La sfida dei ricercatori negli ultimi anni è lo sviluppo dei lab-on-chip, ossia dei laboratori miniaturizzati in grado di manipolare piccoli volumi (provenienti dalla concentrazione di volumi più grandi), dare risposte molto rapide (da pochi minuti a poche ore) e poter essere utilizzati anche da persone non specializzate in microbiologia.

Per mitigazione si intende l’insieme di sistemi messi in atto per evitare che ci sia una contaminazione o, laddove fosse già presente, per ridurla a livelli di accettabilità. Tra i sistemi di mitigazione più comuni vi è la filtrazione, utilizzata per impedire il trasferimento di  contaminazione tra aree e ambienti sensibili (es. camere di crescita) o da ambienti contaminati (es. locali toilette) verso quelli meno contaminati. La filtrazione è senza dubbio il sistema più ampiamente utilizzato sulla Terra per tenere sotto controllo la contaminazione dell’aria, ma essa è impiegata anche per la decontaminazione di altri fluidi. Un altro sistema di mitigazione diffusamente adottato è quello delle lampade germicide. Si tratta di lampade che, emettendo radiazioni UV, sono in grado di alterare la normale funzionalità di cellule viventi. Quando esposte ad esse per un tempo sufficientemente lungo le cellule muoiono. Il vantaggio di tali lampade è poter controllare la contaminazione microbiologica (compresi i virus) non solo dell’aria ma anche di acqua e superfici. Occorre prestare attenzione durante il loro utilizzo, perché l’esposizione dell’uomo alle radiazioni UV può provocare danni alla pelle o ad organi più sensibili come gli occhi. Un tipico esempio del loro impiego sulla Terra, a molti abbastanza noto, è la sterilizzazione degli strumenti del barbiere o del dentista, quella specie di fornetto a microonde con una luce interna azzurra che a volte si vede sui loro banchi di lavoro. Le lampade germicida si utilizzano largamente anche nelle cappe a flusso laminare, nelle camere pulite, nelle sale operatorie, nell’industria alimentare, etc. Purtroppo a bordo queste lampade non si possono usare perché sono al mercurio, pertanto sono stati messi a punto sistemi basati sui LED, che consumano anche meno. Di recente sta trovando applicazione l’ozonizzazione, una pratica volta alla decontaminazione di aria ed acqua consistente nell’iniettare nel fluido una certa quantità di ozono che, date le sue forti proprietà ossidanti (l’ossidazione del doppio legame C=C è nota come ozonolisi), è in grado di inattivare molte forme vitali quali batteri, funghi e virus.

Soprattutto per i sistemi di monitoraggio e mitigazione facciamo riferimento a ciò che è già stato sviluppato e implementato a Terra, preferendo quelli maggiormente adattabili all’ambiente spaziale, in termini soprattutto di miniaturizzazione e basso consumo.

In sintesi, tornando alle nostre camere di crescita, occorre sottolineare che esse sono soggette a particolari situazioni di biocontaminazione, a causa della presenza di umidità e materiale organico. La biocontaminazione in tali camere include funghi, batteri, oomiceti e virus, identificati come agenti patogeni specifici della coltura o dell’equipaggio. Dobbiamo quindi fornire metodi di monitoraggio della contaminazione microbiologica rapidi, sicuri e affidabili, che consentano l’applicazione di immediate contromisure in caso di problemi. Per gestire la biocontaminazione nelle varie fasi di crescita, dobbiamo agire sugli elementi critici quali le superfici interne e umide della camera, la soluzione nutritiva, la condensa recuperata, i gas effluenti, etc. La prevenzione e la mitigazione della contaminazione includono: materiali idonei o trattati in superficie, battericidi, filtrazione ad alta efficienza, combinazione di metodi di disinfezione e sterilizzazione. Inoltre, per progettare e valutare i sistemi di crescita delle piante si possono affiancare alle prove sperimentali i metodi di simulazione, che ci aiutano a una migliore comprensione del comportamento dei biocontaminanti presenti, e che possono consentire lo sviluppo di strategie di gestione della biocontaminazione già dalle primissime fasi di progettazione del sistema.