La biorremediación puede ser útil para la degradación de algunos contaminantes

La naturaleza tiene mecanismos de autorregulación. Cuando un ecosistema es dañado o perturbado por la presencia de cualquier agente físico, químico o biológico, éste utiliza mecanismos de recuperación, como bacterias y hongos que pueden degradar a los agentes dañinos.

[CyPS-UCM-Grupo de Catálisis y Procesos de Separación]

La biorremediación puede definirse como el uso de organismos vivos, componentes celulares y enzimas libres, con el fin de realizar una mineralización, una transformación parcial, la humificación de los residuos o de agentes contaminantes y una alteración del estado redox de  los metales. La biorremediación usando microorganismos fue inventada por el científico norteamericano George M. Robinson que trabajó como ingeniero de la compañía Santa María de California en la década de 1960 y se dedicó a experimentar con una serie de microbios en frascos contaminados de petróleo.

¿En qué consiste la biorremediación? La naturaleza tiene mecanismos de autorregulación. Cuando un ecosistema es dañado o perturbado por la presencia de cualquier agente físico, químico o biológico, éste utiliza mecanismos de recuperación, como bacterias y hongos y algunas plantas y protistas como las algas que pueden degradar a los agentes dañinos.

La biorremediación puede clasificarse en in situ o ex situ. La primera consiste en tratar el material contaminado en el lugar en que se encuentra sin trasladarlo a otra parte. Algunos ejemplos de estas tecnologías consisten en operaciones de compostaje, la ventilación biológica, la filtración por raíces o la estimulación biológica.

En los procesos ex situ el material contaminado es trasladado a otro lugar para realizar o completar su descontaminación. El tratamiento se efectúa en un biorreactor donde se realiza el proceso en forma controlada, es decir se suministran nutrientes, se inoculan los microorganismos deseados, se mantiene una aireación continua y se controla el pH y la temperatura, en los valores adecuados para el crecimiento de los microorganismos.

La eliminación de una gran variedad de contaminantes del medio ambiente requiere un conocimiento de la relativa importancia de sus ciclos químicos y redes de regulación del ciclo del carbono en diversos ambientes y para cada compuesto en particular. Con seguridad que esta tecnología se desarrollará aun más en el futuro

El uso de la ingeniería genética para crear organismos específicamente diseñados para la biorremediación tiene gran potencial. La bacteria Deinococcus radiodurans (el organismo más resistente a la radiación que se conoce) ha sido modificado para que pueda consumir el tolueno y los iones de mercurio de desperdicio nuclear altamente radioactivo.

El proceso de biorremediación puede ser supervisado usando métodos como la medición del potencial redox en el suelo o el agua junto con la medición del pH, temperatura, contenido de oxígeno, concentraciones de productos de degradación (como el anhidrido carbónico).

Recientemente investigadores de los centros TNO/Delta Research Institute y la Wageningen University (Holanda), conjuntamente con el Centro Tecnológico de Gestión de Residuos Orgánicos GIRO  (España), han demostrado que el nonilfenol se puede degradar en presencia de oxígeno gracias a la acción de microorganismos que habitan de forma natural en estos ambientes acuáticos. Los resultados podrían ser adaptados para futuras acciones de biorremediación en emplazamientos contaminados por nonilfenol.

Durante el proceso de depuración de las aguas residuales que se lleva a cabo en las plantas de tratamiento (EDAR), se producen una serie de reacciones que dan lugar a la aparición de compuestos tóxicos como el nonilfenol (NP). El nonilfenol proviene de los nonilfenol polietoxilados (NPEO), unos compuestos presentes en los detergentes de uso doméstico e industrial. El uso de los NPEO se está restringiendo progresivamente en algunos países, pero todavía se utiliza mucho en la industria por su eficacia para eliminar grasa, ya que son tensoactivos de amplio uso que se comercializan como mezclas complejas de isómeros, con una variedad de configuraciones en la cadena hidrocarbonada. La degradación bacteriana lleva a la eliminación secuencial con formación de compuestos con uno (NPEO1) y dos (NPEO2) grupos etoxi, compuestos más tóxicos y recalcitrantes a la degradación que los compuestos originales y que se acumulan en ambientes acuáticos, donde representan un riesgo sanitario a través de efectos estrogénicos demostrados en peces, aves y mamíferos.

Los contaminantes estrogénicos interfieren con el sistema endocrino de los seres vivos, incluido el ser humano. Uno de los efectos visibles de los estrógenos se ha observado en la fauna marina (feminización de peces e invertebrados). Así pues, hoy día es fundamental la investigación para encontrar estrategias de eliminación de estos agentes tóxicos y de sus metabolitos secundarios.  

Pero la biorremediación en el agua se ve afectada por la disponibilidad de nutrientes debido a que éstos generalmente se encuentran en bajas concentraciones, por lo que generalmente es necesario adicionar fósforo y nitrógeno como forma de estimular el crecimiento de los microorganismos que potencialmente degradarán los compuestos tóxicos. Entre los procesos más interesantes, la descomposición microbiana de hidrocarburos es de considerable importancia económica y ambiental. Una de las principales causas de contaminación del ambiente son los derrames de petróleo, tal como ocurrió en marzo de 1989 cuando el superpetrolero Exxon Valdez chocó con varios icebergs en el estrecho del Príncipe Guillermo en Alaska, derramando 11 millones de galones de petróleo en el agua ocasionando un impacto ecológico inimaginable cuyo gasto de limpieza se estimó en 1500 millones de dólares.

Los hidrocarburos varían en su habilidad de ser degradados y sus derrames en el agua tienden a formar láminas en la superficie en donde el viento y el oleaje crean microscópicas emulsiones. Esto permite que los microorganismos predominantemente bacterias (pseudomonas, corinebacterias y micobacterias), algunas levaduras y hasta algas verdes tengan una mayor superficie de contacto con la partícula, facilitando el acceso a la misma y permitiendo su degradación.

En los derrames, la fracción de hidrocarburo más volátil se evapora con facilidad dejando que diversos grupos de microorganismos oxiden los componentes alifáticos y aromáticos. Algunas fracciones, como los hidrocarburos de cadena ramificada y los policíclicos, permanecen mucho más tiempo en el ambiente principalmente si llegan a zonas anaerobias ocasionando perjuicios a largo plazo.

Los hidrocarburos aromáticos polinucleares (HAPs) consistentes en dos o más anillos bencénicos constituyen un grupo de contaminantes considerados de estudio prioritario debido a sus propiedades mutagénicas, tóxicas y cancerígenas.

No todos los contaminantes son fáciles de biorremediar por medio de microorganismos. Por ejemplo, los metales pesados como el cadmio y el plomo y el mercurio no son absorbidos o capturados por estos organismos. La incorporación de algunos de estos metales dentro de la cadena alimentaria (bioacumulación) agrava el problema. Se puede usar la remediación por medio de plantas o fitorremediación. Es muy útil en estos casos porque es posible usar plantas transgénicas que concentren estas toxinas en sus partes aéreas (sobre la tierra), las cuales pueden ser cosechadas y eliminadas. Los metales pesados obtenidos de esta cosecha pueden ser concentrados aun más por incineración para ser desechados o bien reciclados para usos industriales.

Otro tipo de compuestos susceptibles de biorremediación son los xenobióticos, sintetizados por síntesis química con fines industriales o agrícolas. Algunos de los xenobióticos más conocidos son los plaguicidas entre los que se incluyen herbicidas, insecticidas, funguicidas, etc. Algunas de estas sustancias pueden actuar como donadores de electrones o como fuente de carbono para ciertos microorganismos.

Estos compuestos tienen diferencias en la persistencia en el ambiente ya que depende de varios factores ambientales como la temperatura, el pH, la aireación y el contenido de sustancias orgánicas del suelo. Por ejemplo algunos de los insecticidas clorados pueden persistir más de 10 años.

Esperemos que las nuevas tecnologías permitan la degradación adecuada de los contaminantes que se generan en la actualidad. 

La biorremediación puede definirse como el uso de organismos vivos, componentes celulares y enzimas libres, con el fin de realizar una mineralización, una transformación parcial, la humificación de los residuos o de agentes contaminantes y una alteración del estado redox de  los metales. La biorremediación usando microorganismos fue inventada por el científico norteamericano George M. Robinson que trabajó como ingeniero de la compañía Santa María de California en la década de 1960 y se dedicó a experimentar con una serie de microbios en frascos contaminados de petróleo.

¿En qué consiste la biorremediación? La naturaleza tiene mecanismos de autorregulación. Cuando un ecosistema es dañado o perturbado por la presencia de cualquier agente físico, químico o biológico, éste utiliza mecanismos de recuperación, como bacterias y hongos y algunas plantas y protistas como las algas que pueden degradar a los agentes dañinos.

La biorremediación puede clasificarse en in situ o ex situ. La primera consiste en tratar el material contaminado en el lugar en que se encuentra sin trasladarlo a otra parte. Algunos ejemplos de estas tecnologías consisten en operaciones de compostaje, la ventilación biológica, la filtración por raíces o la estimulación biológica.

En los procesos ex situ el material contaminado es trasladado a otro lugar para realizar o completar su descontaminación. El tratamiento se efectúa en un biorreactor donde se realiza el proceso en forma controlada, es decir se suministran nutrientes, se inoculan los microorganismos deseados, se mantiene una aireación continua y se controla el pH y la temperatura, en los valores adecuados para el crecimiento de los microorganismos.

La eliminación de una gran variedad de contaminantes del medio ambiente requiere un conocimiento de la relativa importancia de sus ciclos químicos y redes de regulación del ciclo del carbono en diversos ambientes y para cada compuesto en particular. Con seguridad que esta tecnología se desarrollará aun más en el futuro

El uso de la ingeniería genética para crear organismos específicamente diseñados para la biorremediación tiene gran potencial. La bacteria Deinococcus radiodurans (el organismo más resistente a la radiación que se conoce) ha sido modificado para que pueda consumir el tolueno y los iones de mercurio de desperdicio nuclear altamente radioactivo.

El proceso de biorremediación puede ser supervisado usando métodos como la medición del potencial redox en el suelo o el agua junto con la medición del pH, temperatura, contenido de oxígeno, concentraciones de productos de degradación (como el anhidrido carbónico).

Recientemente investigadores de los centros TNO/Delta Research Institute y la Wageningen University (Holanda), conjuntamente con el Centro Tecnológico de Gestión de Residuos Orgánicos GIRO  (España), han demostrado que el nonilfenol se puede degradar en presencia de oxígeno gracias a la acción de microorganismos que habitan de forma natural en estos ambientes acuáticos. Los resultados podrían ser adaptados para futuras acciones de biorremediación en emplazamientos contaminados por nonilfenol.

Durante el proceso de depuración de las aguas residuales que se lleva a cabo en las plantas de tratamiento (EDAR), se producen una serie de reacciones que dan lugar a la aparición de compuestos tóxicos como el nonilfenol (NP). El nonilfenol proviene de los nonilfenol polietoxilados (NPEO), unos compuestos presentes en los detergentes de uso doméstico e industrial. El uso de los NPEO se está restringiendo progresivamente en algunos países, pero todavía se utiliza mucho en la industria por su eficacia para eliminar grasa, ya que son tensoactivos de amplio uso que se comercializan como mezclas complejas de isómeros, con una variedad de configuraciones en la cadena hidrocarbonada. La degradación bacteriana lleva a la eliminación secuencial con formación de compuestos con uno (NPEO1) y dos (NPEO2) grupos etoxi, compuestos más tóxicos y recalcitrantes a la degradación que los compuestos originales y que se acumulan en ambientes acuáticos, donde representan un riesgo sanitario a través de efectos estrogénicos demostrados en peces, aves y mamíferos.

Los contaminantes estrogénicos interfieren con el sistema endocrino de los seres vivos, incluido el ser humano. Uno de los efectos visibles de los estrógenos se ha observado en la fauna marina (feminización de peces e invertebrados). Así pues, hoy día es fundamental la investigación para encontrar estrategias de eliminación de estos agentes tóxicos y de sus metabolitos secundarios.  

Pero la biorremediación en el agua se ve afectada por la disponibilidad de nutrientes debido a que éstos generalmente se encuentran en bajas concentraciones, por lo que generalmente es necesario adicionar fósforo y nitrógeno como forma de estimular el crecimiento de los microorganismos que potencialmente degradarán los compuestos tóxicos. Entre los procesos más interesantes, la descomposición microbiana de hidrocarburos es de considerable importancia económica y ambiental. Una de las principales causas de contaminación del ambiente son los derrames de petróleo, tal como ocurrió en marzo de 1989 cuando el superpetrolero Exxon Valdez chocó con varios icebergs en el estrecho del Príncipe Guillermo en Alaska, derramando 11 millones de galones de petróleo en el agua ocasionando un impacto ecológico inimaginable cuyo gasto de limpieza se estimó en 1500 millones de dólares.

Los hidrocarburos varían en su habilidad de ser degradados y sus derrames en el agua tienden a formar láminas en la superficie en donde el viento y el oleaje crean microscópicas emulsiones. Esto permite que los microorganismos predominantemente bacterias (pseudomonas, corinebacterias y micobacterias), algunas levaduras y hasta algas verdes tengan una mayor superficie de contacto con la partícula, facilitando el acceso a la misma y permitiendo su degradación.

En los derrames, la fracción de hidrocarburo más volátil se evapora con facilidad dejando que diversos grupos de microorganismos oxiden los componentes alifáticos y aromáticos. Algunas fracciones, como los hidrocarburos de cadena ramificada y los policíclicos, permanecen mucho más tiempo en el ambiente principalmente si llegan a zonas anaerobias ocasionando perjuicios a largo plazo.

Los hidrocarburos aromáticos polinucleares (HAPs) consistentes en dos o más anillos bencénicos constituyen un grupo de contaminantes considerados de estudio prioritario debido a sus propiedades mutagénicas, tóxicas y cancerígenas.

No todos los contaminantes son fáciles de biorremediar por medio de microorganismos. Por ejemplo, los metales pesados como el cadmio y el plomo y el mercurio no son absorbidos o capturados por estos organismos. La incorporación de algunos de estos metales dentro de la cadena alimentaria (bioacumulación) agrava el problema. Se puede usar la remediación por medio de plantas o fitorremediación. Es muy útil en estos casos porque es posible usar plantas transgénicas que concentren estas toxinas en sus partes aéreas (sobre la tierra), las cuales pueden ser cosechadas y eliminadas. Los metales pesados obtenidos de esta cosecha pueden ser concentrados aun más por incineración para ser desechados o bien reciclados para usos industriales.

Otro tipo de compuestos susceptibles de biorremediación son los xenobióticos, sintetizados por síntesis química con fines industriales o agrícolas. Algunos de los xenobióticos más conocidos son los plaguicidas entre los que se incluyen herbicidas, insecticidas, funguicidas, etc. Algunas de estas sustancias pueden actuar como donadores de electrones o como fuente de carbono para ciertos microorganismos.

Estos compuestos tienen diferencias en la persistencia en el ambiente ya que depende de varios factores ambientales como la temperatura, el pH, la aireación y el contenido de sustancias orgánicas del suelo. Por ejemplo algunos de los insecticidas clorados pueden persistir más de 10 años.

Esperemos que las nuevas tecnologías permitan la degradación adecuada de los contaminantes que se generan en la actualidad.

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