La cooperazione tra Cina e Italia nel campo della tecnologia NMR: per un’agricoltura “green” a minor impatto ambientale

La scienza ci insegna che le molecole sono unità costitutive fondamentali della materia che ancora ne descrivono le caratteristiche chimiche e fisiche. Potremmo paragonarle a minuscoli e complessi edifici che compongono la struttura di un corpo. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, oggi esiste una tecnica in grado di valutare le funzioni di una sostanza, determinandone con precisione la struttura molecolare: questa tecnica è chiamata Risonanza Magnetica Nucleare (NMR). La Risonanza Magnetica Nucleare è largamente impiegata in diversi campi e l'Italia, su questo piano, è assolutamente all’avanguardia del mondo, grazie anche al lavoro svolto dal “Centro di Ricerca Interdipartimentale sulla Risonanza Magnetica per l'Ambiente, l'Agro-Alimentare ed i Nuovi Materiali (CERMANU)” dell'Università degli Studi di Napoli “Federico II”. Grazie al suo modello innovativo di ricerca interdisciplinare, l'applicazione della NMR è riuscita a raggiungere nuovi traguardi in alcuni settori specifici, fornendo temi di grande rilievo alla cooperazione nel campo della ricerca scientifica tra università cinesi e università italiane. Attraverso una stretta collaborazione con questo Centro, la Cina è oggi alla ricerca di nuove soluzioni per risolvere i suoi problemi di carattere ambientale e alimentare.

Il CERMANU, un modello innovativo di ricerca interdisciplinare

La Risonanza Magnetica Nucleare è oggi una tecnica convenzionale: sia la Cina che l'Italia la applicano ormai in molti campi. L’Università di Napoli “Federico II”, in questo senso, svolge da tempo un lavoro straordinario. Oltre ai centri di Risonanza Magnetica Nucleare presenti nel Dipartimento di Fisica e nel Dipartimento di Chimica, l’ateneo campano dispone di un Centro NMR anche nel Dipartimento di Agraria, ed è questa la vera novità. Nato nel 2004, il “Centro di Ricerca Interdipartimentale sulla Risonanza Magnetica per l'Ambiente, l'Agro-Alimentare ed i Nuovi Materiali (CERMANU)” – è così che si chiama – rappresenta la prima piattaforma di ricerca interdipartimentale in Italia per l’applicazione della tecnica NMR presente in un Dipartimento di Agraria e vocata allo studio dei sistemi biologici complessi.

Il direttore del CERMANU, il professor Alessandro Piccolo, ci ha spiegato che attraverso la cooperazione con ricercatori appartenenti a diverse aree di studio, il Centro ha conseguito importanti risultati nell'applicazione della tecnica di Risonanza Magnetica Nucleare. Per quanto riguarda l'ambiente, in particolar modo nel campo della Chimica Agraria, il Centro è stato in grado, ad esempio, di studiare e risolvere la complessità della sostanza organica naturale presente nell’ambiente e nel suolo, ottenendo informazioni molecolari sulla distribuzione dei composti del carbonio e delle forme organiche del fosforo nel suolo. “Questo naturalmente ai fini di controllare la dinamica ambientale della sostanza organica naturale, o humus, e della sua capacità di sostenere la produzione agricola in un mondo in cui la sostenibilità agraria è sempre più importante, visto che andiamo verso un accrescimento della popolazione che arriverà fino a 10 miliardi di persone nel 2050”, ci ha spiegato il professore.

Di gran rilievo sono anche i risultati conseguiti dal Centro nel campo dell’agroalimentare: “Abbiamo sviluppato nel tempo la capacità di applicare tecniche di Risonanza Magnetica Nucleare per determinare la qualità e la rintracciabilità dei prodotti alimentari. Siamo in grado di verificare la loro qualità molecolare e morfologica e la loro rintracciabilità territoriale”. A tal proposito, il professor Piccolo ci ha proposto un esempio molto interessante: “Usando la risonanza magnetica abbiamo costruito una banca dati di metaboliti della mozzarella di bufala campana prodotta nella zona intorno a Salerno, che si distingue, per esempio, da quella prodotta nella zona intorno a Caserta”. Questo esempio ci fa capire perfettamente quanto la tecnologia NMR possa efficacemente porsi a supporto del mondo economico, diventando un utile e prezioso alleato nella lotta contro le frodi alimentari e nella difesa delle specificità alimentari dei territori.

Un altro obiettivo del CERMANU riguarda i nuovi materiali. In questo campo, il Centro diretto dal professor Piccolo collabora con il Dipartimento di Ingegneria Chimica dell’Università di Napoli “Federico II”. La ricerca mira alla produzione di nuovi catalizzatori biocompositi per applicazioni ambientali e industriali in condizioni “green”, quindi non più catalizzatori in solventi organici, ma nuovi catalizzatori compositi e biocompositi per solventi acquosi, meno impattanti sull’ambiente.

Ma l’applicazione della NMR riserva notevoli sorprese anche in campo medico: “Stiamo lavorando per studiare il profilo metabolico nei tessuti sani e nei tessuti cancerosi. Abbiamo sviluppato un lavoro sulla metabolomica del cancro dell’utero che ha permesso di identificare dei biomarkers che sono specifici del cancro di questo tessuto. Questo come un aiuto diagnostico alla determinazione veloce, precisa e riproducibile della presenza di un cancro nel tessuto uterino”, prosegue il direttore del CERMANU.

Cooperazione nel campo della ricerca sull’NMR tra Cina e Italia

La ricerca interdisciplinare condotta dal CERMANU è entrata nelle grazie della Cina. Essendo il più grande paese in via di sviluppo e un grande paese agricolo, la Cina si trova a dover affrontare diverse problematiche di carattere ambientale causate dalla rapida crescita economica. L'applicazione della tecnica di Risonanza Magnetica Nucleare può fornire, in tal senso, soluzioni efficaci per la protezione dell’ambiente. Il CERMANU collabora da oltre dieci anni con diverse università cinesi, di cui le più rappresentative sono l’Università dell’Accademia delle Scienze cinese e l’Università Agraria di Nanchino, portando avanti molteplici progetti di ricerca congiunti grazie ai quali sono stati risolti una serie di problemi di carattere agrario nel territorio cinese. Questo tipo di cooperazione ha comportato anche uno scambio di docenti e studenti tra le due parti, che ha inoltre permesso, tra le altre cose, agli scienziati italiani coinvolti di conoscere le specificità dei suoli cinesi.

Il CERMANU e l’Università dell’Accademia delle Scienze cinese hanno sviluppato, ad esempio, uno studio sulla dinamica del fosforo organico nei suoli. “Sappiamo che il problema del fosforo come fertilizzante dei suoli è un problema gravissimo, in quanto la risorsa naturale di questo elemento si sta esaurendo. Occorre quindi studiare le dinamiche delle forme organiche del fosforo presenti nelle biomasse. Questo ha portato già a due lavori importanti in riviste scientifiche internazionali, prodotti insieme al professor Hu Zhengyi e a un dottorando cinese che si è specializzato con noi”, ci ha spiegato il professor Piccolo.

Quanto all'Università Agraria di Nanchino, il CERMANU vanta con essa una collaborazione quindicennale, con un’attività di ricerca incentrata sulla determinazione della composizione molecolare dell’humus nelle risaie cinesi. “Questa ricerca”, ci ha spiegato Pan Genxing – professore da lunga data di Scienze del Suolo presso l'Università Agraria di Nanchino, nonché coordinatore per la parte cinese dei progetti avviati con il CERMANU –, “ci ha consentito di analizzare in modo preciso la composizione molecolare della sostanza organica nei suoli cinesi sotto risaia". Grazie a indagini in loco, il professor Piccolo e il suo team di ricerca del CERMANU hanno acquisito una profonda conoscenza delle capacità di cattura e stoccaggio della CO2 nei suoli delle risaie cinesi. I risultati di questa ricerca congiunta mostrano che, rispetto ai terreni asciutti, le risaie emettono meno carbonio e sono in grado di scomporre e stabilizzare rapidamente l’humus nel terreno. Per un paese come la Cina, che sta compiendo numerosi sforzi per ridurre le emissioni di CO2, questa conclusione ha grande valore da un punto di vista scientifico. Grande attenzione è inoltre riservata ad un nuova tecnologia messa a punto dal CERMANU che permette la foto-polimerizzazione dell’humus nel suolo grazie a un catalizzatore ecocompatibile. Questa tecnologia consente la significativa fissazione nei suoli agrari da due a quattro tonnellate per ettaro per anno di carbonio organico, rappresentando una sostanziale innovazione rispetto ai soli metodi agronomici.

Sempre in campo agrario, le due parti hanno anche collaborato allo studio dei cambiamenti molecolari che intervengono nella paglia carbonizzata e analizzato l’impatto che essa può avere sulla fertilità dei suoli. Tutto ciò è assolutamente importante ai fini della riduzione dell’inquinamento causato dai concimi chimici e della massimizzazione dell'efficienza d'uso degli stessi.

Nel corso dei progetti di ricerca congiunti portati avanti con il CERMANU, i ricercatori cinesi sono rimasti profondamente impressionati dallo spirito accademico dei colleghi italiani. “Abbiamo l’impressione che gli studiosi europei lavorino sempre con grande tenacia nei rispettivi campi di ricerca e seguano con fermezza il proprio percorso, cercando sempre di apportare innovazioni”, ci ha rivelato il professor Pan Genxing. Il modello di ricerca interdipartimentale del CERMANU rappresenta un’assoluta innovazione per la Cina. “Questo modello”, prosegue il professore, “renderà la ricerca più flessibile e porterà a molteplici applicazioni tecnologiche sulla base delle richieste della società. In questo gli atenei cinesi sono carenti. Nelle singole discipline, il livello della ricerca scientifica è senz’altro già molto alto, ma c’è bisogno di migliorare ulteriormente la cooperazione interdisciplinare. Ciò ha ristretto il campo di applicazione tecnologica”.

Secondo il professor Xing Jianjun, responsabile in Cina di Uni-Italia – il Centro di promozione accademica per l’orientamento allo studio in Italia – e uno dei promotori della cooperazione tra il CERMANU e l’Università dell’Accademia delle Scienze cinese, la fruttuosa cooperazione tra Cina e Italia nell’ambito della tecnologia NMR rivela la forte complementarità tecnologica esistente in campo agrario tra i due Paesi. “Uni-Italia sta lavorando con impegno per creare maggiori opportunità di cooperazione tra la Cina e l’Italia nel campo della Risonanza Magnetica Nucleare”.