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Cuaderno Nº 46  

Biotecnología y limpieza del medio ambiente.
 

El hombre y el medio ambiente

Las actividades humanas impactan sobre el medio ambiente. Algunos de estos efectos son positivos, como la reforestación o el mejoramiento de especies. Sin embargo, otras actividades pueden tener consecuencias negativas sobre el entorno y afectar la vida de una población. Entre ellas, existen actividades industriales que debido a un mal manejo de sus productos, generan sustancias que contaminan el ambiente. Entre estos efectos adversos se puede mencionar la contaminación por el uso de grandes cantidades de pesticidas, de metales tóxicos y ácido sulfúrico, y las contaminaciones por derrames de petróleo.
Un ejemplo lo constituyen algunas industrias químicas que producen compuestos cuya estructura química difiere de los compuestos naturales, y que son utilizados como refrigerantes, disolventes, plaguicidas, plásticos y detergentes. El problema principal de estos compuestos es que son resistentes (recalcitrantes) a la biodegradación. Es decir que no se degradan naturalmente por la acción de los microorganismos o lo hacen muy lentamente, por lo cual se acumulan y persisten en el ambiente.
La acumulación de contaminantes genera la dispersión de estos compuestos en el aire, el suelo, las aguas superficiales, con la consecuente filtración de los mismos hacia las aguas subterráneas, que constituyen la reserva de agua para consumo humano.

¿Cómo se puede solucionar este problema?

Una respuesta a esta pregunta es la remediación, que consiste en el uso de procesos de degradación, biológicos o químicos, para eliminar sustancias contaminantes que han sido vertidas en el medio ambiente.
Los procesos de remediación pueden efectuarse In situ (en el mismo lugar donde se ha originado la contaminación) o Ex situ (separando la porción contaminada y trasladándola a un reactor para ser tratada).
La remediación mediante métodos químicos consiste básicamente en utilizar las propiedades físicas y/o químicas de los contaminantes (por ejemplo, metales pesados) para destruirlos o aislarlos del entorno, mediante el agregado de otras sustancias al ambiente. Este proceso implica costos muy altos, y no siempre es muy efectivo.
Los métodos biológicos de remediación emplean organismos vivos que se agregan, junto con ciertos nutrientes, en los ambientes contaminados. La descontaminación se produce debido a la capacidad natural que tiene ciertos organismos de transformar moléculas orgánicas en sustancias más pequeñas, que resultan menos tóxicas. De esta forma, reducen la polución del aire o de los sistemas acuáticos y terrestres. Al proceso de “limpieza” del ambiente mediante el empleo de organismos se lo denomina biorremediación.
Entre los organismos utilizados para este fin se encuentran preferentemente los microorganismos y también las plantas. La biorremediación mediante el empleo de plantas se denomina fitorremediación.

Microorganismos que limpian el medio ambiente

En sus procesos metabólicos, los microorganismos transforman los nutrientes que obtienen del ambiente en sustancias más simples, y en este proceso obtienen materia y energía que utilizan para su subsistencia.
El hombre ha aprendido a aprovechar estos procesos metabólicos de los microorganismos para obtener diferentes productos de utilidad. De esta forma, los microorganismos que pueden degradar compuestos tóxicos para el ambiente y convertirlos en compuestos inocuos o menos tóxicos, se aprovechan en el proceso de biorremediación. Existen, por ejemplo, microorganismos capaces de nutrirse a partir de hidrocarburos, detergentes o bifenilos policlorados, de manera que su metabolismo los convierte en productos inocuos para el medio ambiente.
La gran diversidad de microorganismos existente ofrece muchos recursos para limpiar el medio ambiente y, en la actualidad, esta área está siendo objeto de intensa investigación. Se han aislado de la naturaleza varios tipos de microorganismos que consumen vertidos de petróleo y otras sustancias tóxicas, tanto directamente en el sitio mismo del vertido como después de que los materiales tóxicos hayan sido difundido por los suelos o alcanzado las aguas subterráneas.

Condiciones para la biorremediación

La selección del método de biorremediación a utilizar depende de varios factores: los microorganismos presentes en el medio contaminado, la concentración y toxicidad del contaminante y las condiciones del medio.
Para que la biorremediación tenga lugar, los microorganismos utilizados deben presentar una actividad adecuada. Para lograrlo se deben generar las condiciones ambientales óptimas (nutrientes, temperatura, oxígeno, etc.) que favorezcan el crecimiento de la población de microorganismos. Esto, a su vez, provocará un aumento en la velocidad de biodegradación de los compuestos contaminantes, y con ello la detoxificación del medio.
La biorremediación puede tener lugar bajo condiciones aerobias o anaerobias (en presencia o en ausencia de oxígeno gaseoso, respectivamente).
En algunos casos, se utilizan los microorganismos presentes en forma natural en el ambiente contaminado, o microorganismos autóctonos. En estos casos se deben mejorar los factores ambientales mediante el agregado de nutrientes como nitrógeno (N) o fósforo (P) para que los microorganismos crezcan a mayor velocidad. A este proceso se lo llama fertilización o bioestimulación.
En cambio, cuando la actividad microbiana necesaria no se encuentra en el ambiente contaminado en forma natural, se deben añadir microorganismos de otras fuentes. A esta tecnología se la denomina bioaumentación.
En términos generales en la biorremediación de hidrocarburos en agua se utilizan bacterias, levaduras y algas verdes, mientras que en la biorremediación de hidrocarburos en suelo intervienen hongos, bacterias y protozoos.

Ingeniería genética y biorremediación

Existen contaminantes difíciles de degradar en la naturaleza, para los cuales no se han encontrado hasta el día de hoy microorganismos capaces de transformarlos. La ingeniería genética puede ofrecer una solución a este problema, que consiste en el desarrollo de microorganismos genéticamente modificados (transgénicos) capaces de eliminar aquellos materiales que son difíciles de degradar naturalmente, convirtiéndose así en mejores agentes de biorremediación. Es decir que los microorganismos transgénicos serían capaces de transformar los contaminantes en productos ambientalmente más seguros.
En los últimos años se están realizando numerosas investigaciones que consisten básicamente en buscar las enzimas que son eficientes en el tratamiento de compuestos tóxicos y luego insertar, mediante ingeniería genética, los genes que codifican para dichas enzimas en los microorganismos que realizarán la biorremediación, y que no los poseen naturalmente (para revisar las técnicas de ingeniería genética ver los Cuadernos  n°4, 30 y 34).
El objetivo es mejorar en el laboratorio a los microorganismos capaces de degradar o inmovilizar los compuestos indeseados en la naturaleza. Por ejemplo, se pueden lograr bacterias con genes añadidos que inmovilicen metales pesados (cobre, zinc, plomo, cromo, entre otros) de manera que no sean tóxicos o bacterias que degraden contaminantes industriales que actualmente no son biodegradables.

Desarrollos actuales y futuros

A continuación se mencionan algunos de los desarrollos biotecnológicos que se están llevando a cabo para el mejoramiento de los microorganismos empleados en la biorremediación:

Bacterias Pseudomonas transgénicas que son capaces de degradar compuestos tóxicos que contienen cloro (como el vinilcloruro) en compuestos menos nocivos.  
Bacterias capaces de degradar algunos de los componentes del petróleo, con la perspectiva de llegar a conseguir microorganismos que, liberados en una marea negra, limpien el agua contaminada.
Bacterias capaces de reducir las formas altamente tóxicas de mercurio en otras menos tóxicos y volátiles.
Bacterias que transforman metales del suelo en formas menos tóxicas o insolubles. Por ejemplo: la reducción de cromo (Cr).
Microorganismos capaces de degradar TNT, un explosivo de gran potencia y muy agresivo para el entorno.
Bacterias que pueden eliminar el azufre de los combustibles fósiles, como en el caso del carbón o del petróleo, con el fin de favorecer combustiones más limpias.
La utilización de la bacteria Deinococcus radiodurans para eliminación de elementos radiactivos presentes en el suelo y aguas subterráneas. Este microorganismo es un extremófilo que resiste condiciones extremas de radiación, sequedad, agentes oxidantes y diversos compuestos mutagénicos.
Cianobacterias a las que se le han introducido genes de bacterias Pseudomonas con capacidad de degradar diferentes hidrocarburos o pesticidas.
Bacterias transgénicas que se usan para extraer metales valiosos a partir de residuos de fábricas o de minas, o para eliminar los vertidos de petróleo, o el sulfuro causante de la lluvia ácida que producen las centrales energéticas de carbón.

 

 
 

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