Il settore delle biotecnologie applicate alla valutazione e conservazione della qualità ambientale è in continuo sviluppo. Il biorisanamento (bioremediation) è l'utilizzo dei sistemi biologici per la riduzione dell'inquinamento dell'aria, delle acque o dei suoli. In generale vengono utilizzati piante e/o microrganismi. Il principio del biorisanamento è basato sul fatto che alcuni batteri si nutrono di sostanze inquinanti bonificando indirettamente l'ambiente. Lo scopo è quello di eliminare l'inquinamento in modo naturale con un basso impatto ambientale.

I microrganismi sono quelli più usati data la loro maggiore attitudine a degradare i composti inquinanti in composti semplici (CO₂, acqua e sali inorganici). I processi di degradazione di un determinato substrato, che avviene per esigenze energetiche e di crescita, possono essere aerobici od anaerobici. A questo processo di degradazione può corrispondere, in alcuni casi, la demolizione dei contaminanti presenti nell'ambiente circostante.

In alcuni casi può però accadere che il processo di degradazione non sia completo. In questo caso si ottengono pertanto prodotti intermedi che, in alcuni casi, sono più tossici del contaminante originario. Ad esempio la biodegradazione non completa del tri o tetra-cloroetilene può dare cloruro di vinile che è altamente cancerogeno. Inoltre può succedere che microrganismi presenti in natura non sono sempre in grado di degradare i composti di sintesi introdotti dall'uomo.

Nel processo di biorisanamento è spesso necessario, quando le condizioni naturali non lo consentono, aggiungere i batteri adatti ed i nutrienti necessari oppure anche ossigeno ai fini del corretto svolgimento del processo. Per esempio nel disastro della petroliera Exxon Valdez nel 1989 sono stati aggiunti quantità notevoli di nutrienti per accelerare la degradazione del petrolio da parte dei batteri. I batteri e, più in generale, i microrganismi, vengono utilizzati nei più svariati settori delle biotecnologie applicate al campo ambientale. Riporto brevemente di seguito alcune delle principali applicazioni.

Le tecniche di biorisanamento possono essere utilizzate per ridurre o rimuovere rifiuti pericolosi che hanno già contaminato l'ambiente. Negli impianti di trattamento dei liquami, i microrganismi rimuovono gli inquinanti più comuni dalle acque reflue prima che queste vengano convogliate ai corpi idrici. Alcuni processi aerobici ed anaerobici vengono usati per la rimozione del fosforo, dell'azoto, metalli pesanti e composti clorurati presenti nelle acque reflue di alcune particolari industrie e delle industrie agricole e zootecniche.

I batteri possono rimuovere ad esempio metalli pesanti e composti solforati dalle acque reflue dei processi industriali di zincatura. La biomassa fungina residua della produzione di penicillina può essere impiegata per la produzione di mangime. Quasi tutti i sistemi anaerobici di trattamento delle acque reflue producono biogas utili che possono essere sfruttati. I microrganismi sono impiegati anche nel campo dello smaltimento dei rifiuti industriali gassosi. I biofiltri (bioscrubbers) eliminano gli inquinanti mediante il lavaggio utilizzando sospensioni cellulari.

I microrganismi utilizzati nei biofiltri sono soprattutto batteri ma anche funghi, lieviti, e muffe. Tutti, comunque, sono molto sensibili alla temperatura del flusso dell'aria da trattare. La maggior parte dei filtri a biossidazione opera essenzialmente con batteri mesofilici, fra i 20 e i 40°C circa. Le temperature relativamente elevate garantiscono un biofiltro più attivo e richiedono un tempo di trattamento più breve. Quelle al di sopra dei 40°C causano una diminuzione dell'efficienza di abbattimento perché provocano la morte dei microrganismi. Le temperature inferiori riducono invece la velocità metabolica delle reazioni, pertanto, per ottenere la stessa efficienza di abbattimento sono necessari volumi filtranti maggiori. Questo implica che in alcuni casi le emissioni degli impianti interessati allo smaltimento debbano essere preventivamente raffreddate.

Ci sono diversi tipi di biofiltri per la purificazione dell'aria e gas dove ad esempio gli inquinanti vengono degradati da microrganismi opportunamente immobilizzati su una matrice inerte, cui viene fornito il nutrimento mediante un film acquoso che sgocciola attraverso la matrice di supporto (biofiltri a gocciolamento). Altro settore di interesse ambientale per il biorisanamento è quello del trattamento dei suoli e terreni agricoli. Alcuni trattamenti prevedono l'aggiunta di microrganismi e nutrienti ai suoli da trattare (bioincremento). Questi trattamenti possono comprendere anche, per es., la ventilazione del terreno trattato in modo di favorire i processi di bonifica. Queste tecniche di bioincremento sono impiegate per il risanamento dei terreni sottostanti alle stazioni di rifornimento dei carburanti. L'utilizzo di bioreattori ad alta efficienza per la digestione anaerobica dei rifiuti solidi urbani è pratica comune. Questa tecnica consente la produzione di biogas e di residuo organico stabile di alta qualità con un minimo impatto sull'ambiente.

Per quello che concerne la degradazione del petrolio ci sono recenti ricerche (Istituto per l'Ambiente Marino Costiero di Messina- IAMC-ME) che hanno studiato un gruppo di batteri marini che sono i batteri idrocarburoclastici (BIC) che hanno un ruolo importante nella degradazione del petrolio. I BIC sono batteri marini ubiquitari negli ambienti oceanici e dominanti nelle aree inquinate da petrolio, utilizzano pochi idrocarburi e qualche composto a basso peso molecolare come fonte di carbonio ed energia. Gli studiosi dell'IAMC-ME hanno descritto alcuni generi nuovi: Alcanivorax (il cui genoma è stato interamente sequenziato), Oleiphilus, Thalassolituus, e Oleispira. Quest'ultimo è un batterio psicro-filo (con temperature di crescita ottimali fra i 2 e i 4°C) ed ha una membrana cellulare che contiene elevate concentrazione di acidi grassi poliinsaturi (PUFA) fra cui l'acido eicosapentanoico (EPA) di interesse commerciale.

Un altro recente settore di sviluppo (CNR – Istituto per la protezione delle Piante) è quello del potenziale utilizzo dei funghi per la rimozione del contenuto in ferro della crocidolite, una delle forme di amianto maggiormente cancerogene che contiene fino al 29% di ferro e che è altamente responsabile della tossicità dell'amianto. Esperimenti in vitro condotti mediante Fusarium oxysporum, Mortierella hyalina e Oidiodendron maius, dimostrano che la rimozione del ferro riduce la pericolosità dell'amianto diminuendo il potenziale di generare radicali e di danneggiare il DNA. In conclusione le applicazioni dei batteri (e dei microrganismi) alla risoluzione dei problemi della contaminazione ambientale sono molteplici ed in costante evoluzione. Queste costituiscono probabilmente uno dei settori di sviluppo più rilevante delle biotecnologie.