INTEGRATIVE ANALYSIS OF MICROPLASTICS AND NANOMETALS IN THE ENVIRONMENT, EFFECTS ON MICROBIOMES AND BIODEGRADATION PROCESSES

Micro- and nanoplastics, along with metallic nanoparticles, are constantly infiltrating our environment, posing new challenges for ecosystems and human health. This thesis delves into the different effects of these micro pollutants on soil life, farming, waste handling, and gut microbiota effects. In soils, these minuscule plastics are interacting with the gut microbes of soil fauna like earthworms, impacting nutrient cycles and compromising soil health. Moreover when soil fauna face both microplastics and organic pollutants, the two combined can have synergic effects exacerbating the effects of both of the compounds, leading to even more disruption. The thesis focuses on the effects of plastic microparticles on lettuce plants. Micro- and nanoplastics have been shown to alter the way plants interact with soil microbes, affecting root secretions and potentially interfering with crop growth and food safety. This highlights a link between soil pollutants and plant health. The thesis also sheds light on the hurdles posed by bioplastics in waste management. Despite their promotion as eco-friendly alternatives, the incomplete breakdown of bioplastics like polylactic acid (PLA) and starch-based bioplastics (SBB) during composting and anaerobic digestion results in leftover microplastics in the final compost. These remnants degrade compost quality and present ecological risks when introduced to agricultural soils, underscoring the necessity for enhanced waste processing techniques. Finally, the thesis explores how metallic nanoparticles, even in tiny amounts, can interact human gut microbiome. Using in-vitro models that mimic digestion, the thesis studies show these particles can lead to imbalances that might worsen or trigger gut related diseases. By blending different scientific approaches, this work shines a light on the under-the-radar impacts of nanopollutants. It underscores an urgent need to improve waste practices, farming methods, and regulations to tackle these emerging threats and protect both the environment and human health. Collectively, these findings underscore the multifaceted hazards posed by emerging nano-scale pollutants. Beyond demonstrating specific toxicological and ecological impacts, they emphasize a critical need for tighter regulations, advances in waste-treatment technology, and coordinated research efforts. Only through informed policies and more effective recycling and composting practices can we curb the long-term ecological and health repercussions of these contaminants.

Micro- e nanoplastiche, insieme a nanoparticelle metalliche, stanno infiltrando costantemente il nostro ambiente, ponendo nuove sfide per gli ecosistemi e la salute umana. Questa tesi approfondisce i diversi effetti di questi microinquinanti sulla vita del suolo, l’agricoltura, la gestione dei rifiuti e la microbiota intestinale. Nei suoli, queste minuscole plastiche interagiscono con i microbi intestinali della fauna del suolo, come i lombrichi, influenzando i cicli dei nutrienti e compromettendo la salute del suolo. Inoltre, quando la fauna del suolo è esposta sia alle microplastiche sia agli inquinanti organici, i due composti possono avere effetti sinergici, aggravando l’impatto di entrambi e portando a ulteriori squilibri. La tesi si concentra sugli effetti delle microparticelle plastiche sulle piante di lattuga. È stato dimostrato che le micro- e nanoplastiche alterano il modo in cui le piante interagiscono con i microbi del suolo, influenzando le secrezioni radicali e potenzialmente interferendo con la crescita delle colture e la sicurezza alimentare. Questo evidenzia un legame tra inquinanti del suolo e salute delle piante. La tesi mette inoltre in luce le difficoltà poste dalle bioplastiche nella gestione dei rifiuti. Nonostante siano promosse come alternative ecologiche, la degradazione incompleta di bioplastiche come l'acido polilattico (PLA) e le bioplastiche a base di amido (SBB) durante il compostaggio e la digestione anaerobica porta alla presenza di microplastiche residue nel compost finale. Questi residui riducono la qualità del compost e rappresentano rischi ecologici quando introdotti nei suoli agricoli, sottolineando la necessità di tecniche di trattamento dei rifiuti più efficaci. Infine, la tesi esplora come le nanoparticelle metalliche, anche in quantità minime, possano interagire con il microbioma intestinale umano. Utilizzando modelli in vitro che imitano la digestione, gli studi della tesi mostrano che queste particelle possono causare squilibri che potrebbero peggiorare o innescare malattie intestinali. Unendo diversi approcci scientifici, questo lavoro fa luce sugli impatti nascosti dei nanopollutanti. Sottolinea l’urgenza di migliorare le pratiche di gestione dei rifiuti, i metodi agricoli e le normative per affrontare queste minacce emergenti e proteggere sia l’ambiente sia la salute umana. Nel complesso, questi risultati evidenziano i pericoli multifattoriali posti dai nuovi inquinanti su scala nanometrica. Oltre a dimostrare specifici impatti tossicologici ed ecologici, essi sottolineano la necessità cruciale di regolamentazioni più rigorose, progressi nella tecnologia di trattamento dei rifiuti e sforzi di ricerca coordinati. Solo attraverso politiche informate e pratiche più efficaci di riciclo e compostaggio possiamo contenere le conseguenze ecologiche e sanitarie a lungo termine di questi contaminanti.