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Ottimizzazione della metodica RT-qPCR applicata allo studio delle Microbial Fuel Cells

Informazioni tesi

  Autore: Caterina Armato
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2013-14
  Università: Università degli Studi di Torino
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Scienze Biologiche
  Relatore: Tiziana Schilirò
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 119

La società contemporanea e lo stile di vita che le è proprio, almeno per il mondo occidentale ed i Paesi emergenti, sono intrinsecamente legati al consumo di energia.
Ad oggi il fabbisogno è soddisfatto, in massima parte, ricorrendo all’uso di combustibili fossili, ovvero petrolio e gas, e ciò pone due principali problemi: l’esauribilità delle fonti e l’inquinamento ambientale derivante dal loro uso. Si sta rendendo sempre più concreta ed impellente la necessità di produrre energia in modi alternativi, ricorrendo possibilmente a fonti rinnovabili.
Una tecnologia basata sull’impiego di Microbial Fuel Cells (MFCs) ha raccolto negli ultimi anni l’interesse di molti ricercatori, anche per via dell’opportunità da essa offerta di creare generatori di corrente portatili a basso impatto ambientale.
Una MFC è una cella genericamente composta da un anodo, un catodo, una membrana scambiatrice di protoni detta Proton Exchange Membrane (PEM) ed un circuito elettrico. I batteri presenti nel compartimento anodico, dove vi è condizione di anossia, producono protoni ed elettroni; questi ultimi raggiungono il compartimento catodico attraverso un circuito esterno, producendo corrente elettrica, e qui si combinano con protoni ed accettori di elettroni per formare acqua.
Lo studio descritto in questa tesi, frutto di una collaborazione fra il Dipartimento di Scienze della Sanità Pubblica e Pediatriche dell’Università di Torino (DSSPP) e l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) con sede a Torino nell’ambito della linea di ricerca sulle MFCs, ha portato alla realizzazione di un protocollo unitario basato sulla tecnica di Real Time quantitative Polymerase Chain Reaction (RT-qPCR) valido per l’analisi di alcuni generi di microrganismi: 1. Acetobacter, 2. Clostridium, 3. Desulfovibrio, 4. Geobacter, 5. Saccharomyces; 6. Shewanella.
Tale metodo è altamente attendibile, come mostrato dalle curve standard con valori di R2 mai inferiori a 0,984. Con questo protocollo è stata condotta la caratterizzazione delle comunità microbiche presenti in MFCs con differenti substrati e diversi materiali impiegati per la costruzione degli elettrodi; la performance migliore, con valori di densità di potenza massima pari a 255,73 mW/L e valori di densità di corrente massima pari a 2138,49 mA/L, si è registrata impiegando acetato come substrato e un anodo in carbon felt con la deposizione superficiale di polianilina (PANI).
Il protocollo realizzato, basato sulle analisi di RT-qPCR, ha rilevato come batteri maggiormente presenti i Solfatoriduttori, in percentuale pari al 16% ± 8 della popolazione batterica totale.
L’aspetto più interessante e rilevante per le ricerche future sarà sostituire il glucosio e l’acetato con reflui, così da mettere a punto sistemi che possano trovare impiego negl’impianti di depurazione. Si avverte, altresì, la necessità di passare a sistemi MFCs che operino su quantità di materiali molto maggiori, così da poter valutare la portata di tale tecnologia se introdotta in contesti applicativi reali e non solo di ricerca.

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3 1. INTRODUZIONE La società contemporanea e lo stile di vita che le è proprio, almeno per il mondo occidentale ed in parte per i Paesi emergenti, sono intrinsecamente legati al consumo di energia. Negli ultimi decenni i consumi, e di conseguenza la domanda energetica, hanno seguito un trend crescente, come mostrano i dati dell’International Energy Agency (IEA) (Figura 1.1). La domanda mondiale di energia cresce con velocità quasi doppia rispetto al suo consumo (IEA, 2012). L’energia necessaria è oggi ricavata in massima percentuale dall’uso di combustibili fossili (Figura 1.2), ovvero petrolio e gas, e ciò pone almeno due problemi: l’esauribilità delle fonti e l’inquinamento ambientale derivante dal loro uso (Figura 1.3). Figura 1.2: Produzione di energia (IEA, 2011). Figura 1.1: Proiezioni domanda mondiale di energia (IEA, 2011).

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Parole chiave

reflui
energia
batteri
microrganismi
mfc
wastewater
rt-qpcr
mfcs
microbial fuel cell
bacteria

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