Biorremediación: ¿Podemos usar organismos para descontaminar?

Nuestra capacidad para modelar el medio ambiente a su voluntad trae consigo efectos secundarios. El ser humano es el principal culpable del cambio climático, la contaminación (incluyendo la difusión de metales pesados) e incluso de auténticos desastres ecológicos. En muy poco tiempo, hemos llegado a modificar el patrón climático terrestre, y la envergadura de nuestras acciones nos sitúa, a juicio de algunos científicos, en el antropoceno, época geológica marcada por nuestro impacto sobre la Tierra. Ante este futuro oscuro, ideas y medidas que minimicen y solventen el daño que causamos al medio ambiente son bienvenidas y necesarias. Una técnica que se utiliza en casos urgentes y desesperados es la biorremediación.

Seres vivos que nos sacan de un apuro

La biorremediación es una rama de la biotecnología que aprovecha las habilidades de ciertos organismos para descontaminar un medio que ha sido dañado por las actividades humanas (Adams et al., 2015). Muchos seres vivos tienen cabida en la biorremediación, pero los más interesantes son los microorganismos, ya que algunos poseen rutas metabólicas que les permiten hacer desaparecer compuestos muy peligrosos para el medio ambiente, como metales pesados y derivados del petróleo. También pueden utilizarse algunas plantas y animales (especialmente acuáticos e insectos), aunque al contar con metabolismos mucho menos variados que los microorganismos, tienen un menor potencial.

No obstante, la biorremediación no es la solución. Esta técnica se utiliza para reparar (o, en algunos casos, tan solo mejorar) ecosistemas dañados por culpa del ser humano. Es una «técnica de emergencia» que puede llegar a tardar años en surtir efecto, si es que lo hace. Además, pocas veces se puede recuperar un sistema a su estado original. La única manera de crear un futuro sostenible es evitar daños al medio ambiente.

Trabajos de limpieza y biorremediación de un derrame petrolífero en Kansas. Fuente: Planeteando.

Remediación física

Las técnicas de remediación no son una novedad, aunque no siempre se han utilizado seres vivos. En los casos de eutrofización de las aguas, un exceso de nutrientes (asociadas con la fertilización proveniente de la agricultura) hace que las poblaciones de algas en una charca, lago o río crezcan sin control. Esto desestabiliza el ecosistema acuático e impide que llegue oxígeno al fondo, lo que puede llegar a acabar con la biodiversidad del ecosistema en cuestión. En este caso, un aporte de oxígeno podría ser una solución.

Esta imagen no es de un prado: El verde que se aprecia proviene de las algas de esta charca, que han crecido exponencialmente por la eutrofización. Los organismos por debajo de esta capa tan colorida, sin embargo, están muriendo a causa de la falta de oxígeno. Fuente: BioEnciclopedia.

La remediación física suele implicar maquinaria pesada para eliminar un contaminante, como excavadoras para eliminar manchas de crudo y aceite en el suelo. No obstante, si la retirada no ocurre a tiempo, o el suelo tiene características que lo hacen más permeable, estas intervenciones pueden no ser suficientes, y la contaminación se filtra y expande. Los procedimientos físicos de remediación son caros y limitados, pero si se combinan con la remediación biológica, su efectividad aumenta.

Casos y ejemplos de biorremediación

Algunos escenarios donde se pueden llevar a cabo técnicas de biorremediación son los siguientes:

Biorremediación de hidrocarburos

Vertidos petrolíferos, oleoductos dañados, pérdidas de combustible… Son innumerables los casos en los que los hidrocarburos (compuestos orgánicos formados por átomos de carbono e hidrógeno) acaban en el medio ambiente. ¿Las consecuencias? Muerte y destrucción. Por un lado, son tóxicos para la mayoría de los organismos, pudiendo llegar a ser cancerígenos; por otro lado, afectan a la cubierta vegetal y a la piel y plumaje de los animales, e incluso pueden infiltrarse y llegar a las masas de agua subterráneas, extendiéndose aún más. No obstante, no son más que compuestos orgánicos, de modo que su degradación es posible.

En los vertidos de crudo, inocular o favorecer el crecimiento de bacterias devoradoras (que a veces se encuentran ya en el petróleo) permite la degradación de los hidrocarburos, que pasan a CO2 y agua obteniéndose energía o biomasa. Para ello, los microorganismos (celda amarilla) se valen de su metabolismo, y requieren aporte de sulfatos, nitratos y fosfatos. Fuente: OMICS.

Muchos microorganismos, como aquellos de los géneros Mycobacterium, Acinetobacter o Azoarcus son capaces de oxidar y degradar compuestos BTEX (basados en benceno, tolueno, etilbenceno o xileno). Algunos, como Pseudomonas putida, son capaces de degradar innumerables compuestos muy persistentes, como el naftaleno y otros hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH). De hecho, P. putida es un biorremediador muy utilizado por su gran versatilidad. El resultado de esta degradación son moléculas de carbono menos nocivas o incluso, simplemente, CO2.

Biorremediación en la catástrofe Prestige

Quizás recuerdes la catástrofe del Prestige de 2002, que ilustra este artículo más arriba. Un carguero dañado se hundió y vertió toneladas de petróleo cerca de las costas gallegas. Aunque las imágenes de voluntarios limpiando a mano las playas son difíciles de olvidar, también se utilizó la biorremediación. Gracias a la inoculación, o la «fertilización positiva» se logró crear una población de microorganismos pertenecientes a los géneros Pseudomonas, Alcalinovorax y Acinetobacter. Estos consiguieron degradar los hidrocarburos vertidos al mar y «comérselos»; es decir, utilizarlos en su metabolismo, haciendo desaparecer estos compuestos.

A día de hoy, no obstante, se siguen observando secuelas de la catástrofe y, en algunas zonas siguen presentes rastros de los vertidos.

Isla de Sálvora. Gracias a la biorremediación, junto con el trabajo de miles de voluntarios, el problema se pudo solucionar… parcialmente. Fuente: Biopulcher.

Biorremediación de metales pesados

La contaminación por metales pesados ocurre habitualmente en sus zonas de extracción (minas). También afecta a los lugares donde se depositan, almacenan o abandonan. Estos elementos (zinc, plomo, hierro, cobre…) son tóxicos para los organismos, alteran el pH del suelo y por lo general tardan mucho tiempo en desaparecer.

El gran problema de los metales pesados es su composición: son elementos químicos, por lo que no pueden descomponerse o degradarse (el hierro nunca dejará de ser hierro). ¿La estrategia? Generalmente, inmovilizarlos. Metales como el hierro, cromo, zinc, cobre o arsénico pueden oxidarse o reducirse gracias a bacterias como Methanothermobacter thermautotrophicus y hongos del género Aspergillus o Schizophyllum. Al oxidarse, se introducen dentro de las células del organismo, tanto en el citoplasma como en vacuolas (orgánulos que, dentro de la célula, sirven de «contenedores»). Así, el metal pesado pasa de estar libre en el entorno a ser confinado dentro de un organismo. En otros casos, simplemente al cambiar el estado de oxidación de un metal, su toxicidad disminuye.

La inmovilización de metales pesados tiene sus riesgos si no se retiran los agentes biorremediadores. ¿Qué hacemos con el metal inmovilizado? Cualquier acción adicional, como la combustión de la biomasa empleada, empeoraría el problema, esparciendo el contaminante. Por ello, como decía antes, la biorremediación no es la solución definitiva.

En este proceso de biorremediación en Manila, los metales pesados inundaban y hacían imposible la vida en los ríos por culpa de explotaciones mineras y otras actividades humanas. La inmovilización de estos metales, junto con otras técnicas adicionales, permitió detoxificar el medio lo suficiente como para recuperar una cierta biodiversidad. Fuente: ZMEScience.

Fitorremediación

Aunque antes decíamos que las plantas no tienen el potencial de los microorganismos para ello, pueden ayudar a biorremediar ciertos entornos, en particular gracias a sus raíces. Estas pueden crecer en profundidad alcanzando zonas en las que de otro modo sería imposible inocular bacterias. Además, su microbioma puede contener microorganismos que sí lleven a cabo esta remediación, pero que solo pueden existir en simbiosis con la planta. Tal y como se puede observar en la siguiente imagen, existen muchos tipos de fitorremediación en función de qué ocurra con el contaminante.

Distintos destinos para un contaminante fitorremediado, según el tipo de compuesto y la especie de planta. Este puede estabilizarse en el rizobioma, o degradarse (fitoestimulación). Si el contaminante viaja al xilema, penetra en la planta, donde puede degradarse, inmovilizarse (fitoextracción) o, en algunos casos, modificarse y volatilizarse. Fuente: UMass.

La fitorremediación da la sensación de técnica verde y «eco-friendly». Se ha llevado a cabo en medios acuáticos, donde las raíces de las plantas actúan como «filtros» que retienen partículas orgánicas e inorgánicas, que gracias al microbioma asociado a ellas pueden metabolizarse y desaparecer, o ser absorbidas por la planta.

Fitorremediación en el lago Lugano y el arroyo Cildáñez (Buenos Aires). Fuente: Infobae.

Otro ejemplo muy visual son los girasoles, utilizados como símbolo contra la guerra nuclear en los 70. Estas plantas son capaces de desarrollar raíces que penetran a gran profundidad, y pueden absorber e inmovilizar elementos radioactivos como el uranio, cadmio y plomo. Estos quedan fijos en la planta y fuera del alcance de otros miembros del ecosistema.

Utilizar girasoles para recuperar zonas donde han ocurrido catástrofes nucleares es una posibilidad, pero… ¿Qué se hace luego con estas plantas? Fuente: BRDO.

Ingeniería genética para una mayor eficiencia

Al final, la biorremediación se basa en la capacidad de alterar, inmovilizar o incluso «comer» y degradar compuestos tóxicos que tienen algunos microorganismos. El metabolismo que regula estos procesos está, en la mayoría de los casos, bien estudiado. El siguiente paso es aplicar estos conocimientos a organismos que crezcan mejor.

Gracias a la ingeniería genética se puede manipular organismos que crezcan rápidamente e introducirles genes para que puedan degradar o inmovilizar compuestos tóxicos. Esta estrategia se ha utilizado ya, pero la actual legislación europea limita las actuaciones en el campo de Organismos Genéticamente Modificados (OGM). En algunos casos, utilizarlos conllevaría procesos mucho más rápidos y efectivos. A día de hoy, sí se han llevado a cabo biorremediaciones con OGM en zonas muy puntuales, pero su gran potencial se ha comprobado principalmente en el laboratorio.

Proceso de degradación del benceno, tolueno y xileno (compuestos BTEX). Cada paso lo realiza una enzima diferente, y todos llevan a un compuesto asimilable por la célula. Arriba, el esquema de la secuencia de ADN que se requeriría para conseguir una «bacteria superdegradadora» de estos contaminantes. Fuente: Lee et al., 2019.

El medio ambiente y nosotros

El ser humano es capaz de aprovechar los recursos de su entorno. Sin embargo, al hacerlo, puede modificarlo e incluso empeorarlo. Las consecuencias de la degradación del medio ambiente afectan a la biodiversidad, a la calidad de los recursos y, al final, a nosotros mismos. Te he mostrado el potencial de la biorremediación en algunos casos concretos pero, como decía al principio, es indispensable cambiar la manera de relacionarnos con nuestro entorno: hacerlo de manera sostenible. La biorremediación resulta muy útil, aunque sólo como parche. No es la solución

¡Por un mundo mejor! Fuente. Muy Interesante.

Referencias

  • Adams, G., Tawari-Fufeyin, P., Eruke Okoro, S., Ehinomen, I. 2015. Bioremediation, Biostimulation and Bioaugmention: A Review. Science & Education, 3(1), 28-39.
  • Anwesha, B., Atanu, R:, Suvakshan, D., Sandhimita, M. Bioremediation of hydrocarbon – A review. 2016. International Journal of Advanced Research, 4 (6), 1303-1313.
  • Chislock, M. F:, Doster, E., Zitomer, R. A., Wilson, A. E. Eutrophication: Causes, Consequences, and Controls in Aquatic Ecosystems. 2013. Nature Education Knowledge, 4(4):10.
  • Gallego, J. R., González-Rojas, E., Peláez, A. I., Sánchez, J., García-Martínez, M. J., Llamas, J. F. 2007. Effectiveness of bioremediation for the prestige fuel spill: A summary of case studies. 2007. Proceedings of the Second IASTED…, 1, 68-73
  • Lee, Y., Lee, Y., Jeon, C. O. 2019. Biodegradation of naphtalene, BTEX and aliphatic hydrocarbons by Paraburkholderia aromaticivorans BN5 isolated from petroleum-contaminated soil. Nature, 860 (2019).
  • Lewis, S. L. & Maslin, M. A. 2015. Defining the Anthropocene. Nature,  519, 171–180.
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Mikel Lavilla Puerta

¡Hola! Soy Mikel, biólogo y biotecnólogo, antiguo estudiante UCM y actualmente estoy terminando mi doctorado en ciencias agronómicas en la Scuola Superiore Sant’Anna, Pisa. Durante mi carrera y máster ahondé en muchos aspectos de la biología, especialmente en la botánica y la fisiología vegetal. Actualmente trabajo en modelos de percepción del oxígeno en plantas. Utilizo biología molecular y un microorganismo, la levadura, como modelo para construir la ruta que permite que las plantas perciban el oxígeno. Mis pasiones rondan la biología sintética, molecular, microbiología y fisiología vegetal, pero fuera del laboratorio me encanta el teatro, la música (canto en un coro Góspel) y la naturaleza. Enlazo algunas publicaciones por si queréis saber algo más de mi trabajo, y para todo lo demás, ¡preguntadme!

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