Microbios ecologistas
La contaminación por petróleo y sus derivados es un problema ecológico relevante. El uso de microorganismos capaces de degradar estos compuestos es una herramienta de gran utilidad. Investigadores de la Facultad hallaron una nueva especie bacteriana con características muy promisorias para su aplicación en la remediación del medio ambiente. La novedosa bacteria, además, produce plásticos biodegradables.
La contaminación por petróleo y sus derivados es un problema ecológico relevante. El uso de microorganismos capaces de degradar estos compuestos es una herramienta de gran utilidad. Investigadores de la Facultad hallaron una nueva especie bacteriana con características muy promisorias para su aplicación en la remediación del medio ambiente. La novedosa bacteria, además, produce plásticos biodegradables.
Fueron los primeros seres vivos que poblaron la Tierra hace unos 3500 millones de años y, desde entonces, han evolucionado notablemente hasta adaptarse a los ambientes más extremos. De hecho, hoy colonizan todos los rincones del planeta, desde el polo norte al polo sur y desde las cumbres más altas hasta el fondo más profundo de los océanos.
Por los estragos que muchas de ellas han causado a la humanidad, generalmente las relacionamos con enfermedades. Sin embargo, las bacterias –de ellas estamos hablando– también pueden ser benéficas para los seres humanos. Por ejemplo, pueden ser útiles, entre otras cosas, para producir alimentos, medicamentos o energía.
También, algunas de ellas son aprovechadas para limpiar el ambiente de los desechos contaminantes que producimos día a día. Esto es posible gracias a que ciertos microorganismos, que hoy viven en sitios aparentemente inhóspitos, lograron desarrollar –después de muchísimos años de evolución– mecanismos de adaptación que les permiten usar dichos residuos como nutrientes. Esta cualidad posibilita que puedan descomponer sustancias peligrosas para el medio ambiente y la salud humana, y transformarlas en compuestos inocuos o, al menos, con una toxicidad menor.
Desde hace algunas décadas, este potencial es explotado por el hombre para tratar de remediar, en un tiempo mucho menor del que le llevaría a la naturaleza, los desequilibrios ecológicos causados por sus actividades.
Acuñado en los años 80, el término “biorremediación” se refiere a la tecnología que utiliza un elemento biológico –generalmente microorganismos– para eliminar contaminantes de un lugar.
Tanto el tratamiento de residuos como la biorremediación usan microorganismos pero, por definición, se suele denominar biorremediación a la aplicación de esta tecnología después que se ha producido el daño ecológico y con el fin de remediarlo.
Las sustancias nocivas que pueden eliminarse del ambiente mediante el uso de microbios son muy variadas. Entre ellas, metales pesados como el cromo, el plomo o el cadmio; pesticidas; cianuros e hidrocarburos como el petróleo y sus derivados.
Oro negro
Un informe publicado por la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos estima que, a nivel global, el volumen de derrame de petróleo es, en promedio, de unos 3,2 millones de toneladas por año.
Si bien la mayoría de los compuestos del petróleo son biodegradables, este proceso natural es muy lento. Por lo tanto, la mayor parte de las pérdidas de hidrocarburos que se producen en los pozos, depósitos, sistemas de transporte e instalaciones industriales alcanzan el suelo o las aguas abiertas y contaminan napas subterráneas y cursos de agua superficial.
Los métodos tradicionales para limpiar estos residuos (quema, remoción manual, sedimentación en ambientes acuáticos o solubilización con detergentes) no eliminan el problema sino que lo trasladan a otros ecosistemas. Por ello, la depuración con microorganismos se ha transformado en una opción prioritaria.
Cuando la contaminación de cierto lugar lleva bastante tiempo (se dice que es “crónica”) es muy probable que, en ese sitio, se hayan desarrollado microorganismos adaptados a esas condiciones y con capacidad de degradar el tóxico. En estos casos, es suficiente con adecuar el balance de nutrientes disponibles, especialmente nitrógeno y fósforo, para lograr una efectiva actividad biológica que reduzca significativamente la presencia de contaminantes. Pero cuando ocurre un derrame en una zona que no estuvo expuesta previamente a los hidrocarburos (contaminación “aguda”), la mayor parte de los microorganismos autóctonos morirán y los que sobrevivan tendrán que atravesar un largo período de tiempo de adaptación hasta ser capaces de utilizar los contaminantes como alimento y, por lo tanto, degradarlos. En este caso, el agregado de microbios ya adaptados al contaminante acelera los tiempos del proceso.
En cualquiera de los casos, dos grandes problemas que tiene la biorremediación de hidrocarburos es que éstos son muy poco solubles en agua y que se adhieren muy fuertemente al suelo. En consecuencia, los contaminantes no quedan disponibles para las bacterias. Para resolver este problema, se suelen utilizar agentes químicos, llamados “surfactantes”, que hacen que las moléculas de hidrocarburos queden accesibles para los microorganismos. Pero, aquí otra vez se presenta el mismo inconveniente que con los métodos tradicionales: para tratar de eliminar el contaminante se agrega una sustancia que alterará el ecosistema.
Desde hace algunos años, para la biorremediación de hidrocarburos se utilizan microorganismos capaces de producir surfactantes. Estos “biosurfactantes” presentan múltiples ventajas. Entre ellas, mínima toxicidad, biodegradabilidad y muy bajo costo.
Futuro verde
Como vemos, un microorganismo óptimo para biorremediar áreas contaminadas con hidrocarburos no solo debe ser capaz de degradar estos compuestos sino que, además, debe producir biosurfactantes. Pero, sobre todo, debe resistir el estrés de una contaminación aguda y adaptarse rápidamente a las nuevas condiciones ambientales.
Precisamente, en el Departamento de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (FCEyN) de la UBA se trabaja desde hace años con bacterias productoras de plásticos biodegradables (ver recuadro “Plásticos de pura cepa”), organismos que se caracterizan por adaptarse mucho mejor al ambiente, resistir más el estrés y tener mayor supervivencia que aquellos que no los producen.
“Hasta el momento, no hay estudios científicos que utilicen la alta adaptabilidad al ambiente de los microorganismos capaces de producir plásticos en procesos de biorremediación”, informa la doctora Nancy López, investigadora del CONICET en el Laboratorio de Biotecnología Ambiental y Ecología Bacteriana de la FCEyN. “A partir de una muestra obtenida en la Antártida, nosotros identificamos una nueva especie bacteriana, Pseudomonas extremaustralis, que produce plásticos y biosurfactantes, y que presenta una alta supervivencia y resistencia al estrés. Esto nos llevó a suponer que podría ser una buena candidata para biorremediar ambientes contaminados por hidrocarburos”, completa.
El origen antártico de la bacteria, caracterizado por muy bajas temperaturas, alta radiación UV, variaciones extremas de luminosidad y escasez de nutrientes, hace suponer que el organismo cuenta con estrategias para enfrentar esos ambientes desfavorables. “El hecho de provenir de la Antártida le agrega un factor de interés adicional, porque en ese continente hay muchos problemas de contaminación por derrames que, por regulaciones internacionales, solo pueden ser remediados con organismos autóctonos”, explica la doctora Laura Raiger Iustman, investigadora del CONICET en el mismo laboratorio, que también integran Carla Di Martino y Paula Tribelli.
Las primeras investigaciones efectuadas por este grupo son muy promisorias. En un estudio, publicado hace pocos meses en la revista científica Biodegradation, probaron que Pseudomonas extremaustralis es capaz de degradar diesel, un hidrocarburo derivado del petróleo que, en el continente blanco, se utiliza como combustible para la generación de electricidad y calor y para el movimiento de vehículos y embarcaciones, actividades que resultan en infinidad de pequeños y medianos derrames.
El mismo trabajo demostró que esta especie degrada mucho mejor el diesel cuando crece adherida a algún soporte sólido, sobre el cual forma un biofilm, que es una especie de película que embebe a los microorganismos creando un ambiente protegido que les confiere una mayor resistencia a las condiciones del medio que los rodea. “Demostramos que la capacidad de Pseudomonas extremaustralis de formar biofilms y acumular plásticos estimula su crecimiento, promueve la producción de biosurfactante y aumenta la degradación de hidrocarburos”, señala López.
Desde el punto de vista del tratamiento de residuos, que esta bacteria crezca bien en soportes sólidos brinda una ventaja adicional: “En las plantas de tratamiento se busca que las bacterias estén confinadas para que no se mezclen con el producto que se quiere limpiar. Para ello, se las hace crecer adheridas a un soporte sobre el que se hace circular aquello que se quiere biorremediar”, ilustra Raiger Iustman.
El grupo de investigación acaba de secuenciar el genoma de la bacteria e identificar en él numerosos genes. Según se desprende de estos últimos datos, Pseudomonas extremaustralis también podría vérselas con el arsénico y los metales pesados. ¿Una superbacteria?
Fueron los primeros seres vivos que poblaron la Tierra hace unos 3500 millones de años y, desde entonces, han evolucionado notablemente hasta adaptarse a los ambientes más extremos. De hecho, hoy colonizan todos los rincones del planeta, desde el polo norte al polo sur y desde las cumbres más altas hasta el fondo más profundo de los océanos.
Por los estragos que muchas de ellas han causado a la humanidad, generalmente las relacionamos con enfermedades. Sin embargo, las bacterias –de ellas estamos hablando– también pueden ser benéficas para los seres humanos. Por ejemplo, pueden ser útiles, entre otras cosas, para producir alimentos, medicamentos o energía.
También, algunas de ellas son aprovechadas para limpiar el ambiente de los desechos contaminantes que producimos día a día. Esto es posible gracias a que ciertos microorganismos, que hoy viven en sitios aparentemente inhóspitos, lograron desarrollar –después de muchísimos años de evolución– mecanismos de adaptación que les permiten usar dichos residuos como nutrientes. Esta cualidad posibilita que puedan descomponer sustancias peligrosas para el medio ambiente y la salud humana, y transformarlas en compuestos inocuos o, al menos, con una toxicidad menor.
Desde hace algunas décadas, este potencial es explotado por el hombre para tratar de remediar, en un tiempo mucho menor del que le llevaría a la naturaleza, los desequilibrios ecológicos causados por sus actividades.
Acuñado en los años 80, el término “biorremediación” se refiere a la tecnología que utiliza un elemento biológico –generalmente microorganismos– para eliminar contaminantes de un lugar.
Tanto el tratamiento de residuos como la biorremediación usan microorganismos pero, por definición, se suele denominar biorremediación a la aplicación de esta tecnología después que se ha producido el daño ecológico y con el fin de remediarlo.
Las sustancias nocivas que pueden eliminarse del ambiente mediante el uso de microbios son muy variadas. Entre ellas, metales pesados como el cromo, el plomo o el cadmio; pesticidas; cianuros e hidrocarburos como el petróleo y sus derivados.
Oro negro
Un informe publicado por la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos estima que, a nivel global, el volumen de derrame de petróleo es, en promedio, de unos 3,2 millones de toneladas por año.
Si bien la mayoría de los compuestos del petróleo son biodegradables, este proceso natural es muy lento. Por lo tanto, la mayor parte de las pérdidas de hidrocarburos que se producen en los pozos, depósitos, sistemas de transporte e instalaciones industriales alcanzan el suelo o las aguas abiertas y contaminan napas subterráneas y cursos de agua superficial.
Los métodos tradicionales para limpiar estos residuos (quema, remoción manual, sedimentación en ambientes acuáticos o solubilización con detergentes) no eliminan el problema sino que lo trasladan a otros ecosistemas. Por ello, la depuración con microorganismos se ha transformado en una opción prioritaria.
Cuando la contaminación de cierto lugar lleva bastante tiempo (se dice que es “crónica”) es muy probable que, en ese sitio, se hayan desarrollado microorganismos adaptados a esas condiciones y con capacidad de degradar el tóxico. En estos casos, es suficiente con adecuar el balance de nutrientes disponibles, especialmente nitrógeno y fósforo, para lograr una efectiva actividad biológica que reduzca significativamente la presencia de contaminantes. Pero cuando ocurre un derrame en una zona que no estuvo expuesta previamente a los hidrocarburos (contaminación “aguda”), la mayor parte de los microorganismos autóctonos morirán y los que sobrevivan tendrán que atravesar un largo período de tiempo de adaptación hasta ser capaces de utilizar los contaminantes como alimento y, por lo tanto, degradarlos. En este caso, el agregado de microbios ya adaptados al contaminante acelera los tiempos del proceso.
En cualquiera de los casos, dos grandes problemas que tiene la biorremediación de hidrocarburos es que éstos son muy poco solubles en agua y que se adhieren muy fuertemente al suelo. En consecuencia, los contaminantes no quedan disponibles para las bacterias. Para resolver este problema, se suelen utilizar agentes químicos, llamados “surfactantes”, que hacen que las moléculas de hidrocarburos queden accesibles para los microorganismos. Pero, aquí otra vez se presenta el mismo inconveniente que con los métodos tradicionales: para tratar de eliminar el contaminante se agrega una sustancia que alterará el ecosistema.
Desde hace algunos años, para la biorremediación de hidrocarburos se utilizan microorganismos capaces de producir surfactantes. Estos “biosurfactantes” presentan múltiples ventajas. Entre ellas, mínima toxicidad, biodegradabilidad y muy bajo costo.
Futuro verde
Como vemos, un microorganismo óptimo para biorremediar áreas contaminadas con hidrocarburos no solo debe ser capaz de degradar estos compuestos sino que, además, debe producir biosurfactantes. Pero, sobre todo, debe resistir el estrés de una contaminación aguda y adaptarse rápidamente a las nuevas condiciones ambientales.
Precisamente, en el Departamento de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (FCEyN) de la UBA se trabaja desde hace años con bacterias productoras de plásticos biodegradables (ver recuadro “Plásticos de pura cepa”), organismos que se caracterizan por adaptarse mucho mejor al ambiente, resistir más el estrés y tener mayor supervivencia que aquellos que no los producen.
“Hasta el momento, no hay estudios científicos que utilicen la alta adaptabilidad al ambiente de los microorganismos capaces de producir plásticos en procesos de biorremediación”, informa la doctora Nancy López, investigadora del CONICET en el Laboratorio de Biotecnología Ambiental y Ecología Bacteriana de la FCEyN. “A partir de una muestra obtenida en la Antártida, nosotros identificamos una nueva especie bacteriana, Pseudomonas extremaustralis, que produce plásticos y biosurfactantes, y que presenta una alta supervivencia y resistencia al estrés. Esto nos llevó a suponer que podría ser una buena candidata para biorremediar ambientes contaminados por hidrocarburos”, completa.
El origen antártico de la bacteria, caracterizado por muy bajas temperaturas, alta radiación UV, variaciones extremas de luminosidad y escasez de nutrientes, hace suponer que el organismo cuenta con estrategias para enfrentar esos ambientes desfavorables. “El hecho de provenir de la Antártida le agrega un factor de interés adicional, porque en ese continente hay muchos problemas de contaminación por derrames que, por regulaciones internacionales, solo pueden ser remediados con organismos autóctonos”, explica la doctora Laura Raiger Iustman, investigadora del CONICET en el mismo laboratorio, que también integran Carla Di Martino y Paula Tribelli.
Las primeras investigaciones efectuadas por este grupo son muy promisorias. En un estudio, publicado hace pocos meses en la revista científica Biodegradation, probaron que Pseudomonas extremaustralis es capaz de degradar diesel, un hidrocarburo derivado del petróleo que, en el continente blanco, se utiliza como combustible para la generación de electricidad y calor y para el movimiento de vehículos y embarcaciones, actividades que resultan en infinidad de pequeños y medianos derrames.
El mismo trabajo demostró que esta especie degrada mucho mejor el diesel cuando crece adherida a algún soporte sólido, sobre el cual forma un biofilm, que es una especie de película que embebe a los microorganismos creando un ambiente protegido que les confiere una mayor resistencia a las condiciones del medio que los rodea. “Demostramos que la capacidad de Pseudomonas extremaustralis de formar biofilms y acumular plásticos estimula su crecimiento, promueve la producción de biosurfactante y aumenta la degradación de hidrocarburos”, señala López.
Desde el punto de vista del tratamiento de residuos, que esta bacteria crezca bien en soportes sólidos brinda una ventaja adicional: “En las plantas de tratamiento se busca que las bacterias estén confinadas para que no se mezclen con el producto que se quiere limpiar. Para ello, se las hace crecer adheridas a un soporte sobre el que se hace circular aquello que se quiere biorremediar”, ilustra Raiger Iustman.
El grupo de investigación acaba de secuenciar el genoma de la bacteria e identificar en él numerosos genes. Según se desprende de estos últimos datos, Pseudomonas extremaustralis también podría vérselas con el arsénico y los metales pesados. ¿Una superbacteria?
