REMEDIACIÓN BACTERIANA - UNICA

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Ica – Perú 2010

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Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica

1 SEMINARIO DE BIOTECNOLOGÍA Remediación Bacteriana de Contaminantes Industriales

I. INTRODUCCIÓN Las prácticas de biorremediacion consisten en el uso de microorganismos como plantas, hongos, bacterias naturales o modificadas genéticamente para neutralizar sustancias toxicas, transformándolas en sustancias menos tóxicas o convirtiéndolas en inocuas para el ambiente y la salud humana. La biorremediación puede clasificarse de acuerdo al organismo que efectúe la degradación del compuesto, tenemos la Fitorremediación (por plantas), Remediación enzimática (por enzimas) y Remediación Microbiana (por microorganismos) (12). En la Remediación Microbiana se usan microorganismos directamente en el foco de la contaminación. Los microorganismos utilizados en biorremediación pueden ser los ya existentes (autóctonos) en el sitio contaminado o pueden provenir de otros ecosistemas, en cuyo caso deben ser agregados o inoculados. La descontaminación se produce debido a la capacidad natural que tienen ciertos organismos de transformar moléculas orgánicas en sustancias más pequeñas, que resultan menos tóxicas. El hombre ha aprendido a aprovechar estos procesos metabólicos de los microorganismos. 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. De esta forma, reducen la polución de los sistemas acuáticos y terrestres (13). 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. Existen, por ejemplo, bacterias y hongos que pueden degradar con relativa facilidad petróleo y sus derivados, benceno, tolueno, acetona, pesticidas, herbicidas, éteres, alcoholes simples, entre otros. Los metales pesados como uranio, cadmio y mercurio no son biodegradables, pero las bacterias pueden concentrarlos de tal manera de aislarlos para que sean eliminados más fácilmente (13). En el presente trabajo, se ha recopilado las últimas innovaciones con respecto a la aplicación de bacterias en la biotecnología de la Biorremediación. Remediación Bacteriana



II. CONTENIDO 2.1. REMEDIACIÓN BACTERIANA DE HIDROCARBUROS

Los hidrocarburos son compuestos orgánicos formados únicamente por átomos de carbono e hidrógeno, los cuales forman materias como el crudo del petróleo, fuel, gasolina, aceites, etc. Estas formas de hidrocarburos causan una gran contaminación y se han convertido hoy en día en un problema global especialmente el causado por el petróleo; ya que su liberación accidental a medios acuáticos y terrestres por procesos industriales de actividad humana provocan alteraciones en diferentes ecosistemas, pues existen una serie de limitantes como las bajas temperaturas (en invierno), escasez de nutrientes minerales (N, P) y la falta de oxígeno entre otras para su biodegradación (3,4).

La industria petroquímica es importante en una sociedad moderna, no obstante la falta de un programa de protección ambiental, hace que el medio se contamine al producirse derrames de hidrocarburos, principalmente de crudo, por un deterioro de los oleoductos, descargas de efluentes contaminados, afloramientos naturales a través de fisuras de la corteza terrestre y debido a la producción, transporte y almacenamiento de este recurso natural (14). El petróleo químicamente es un compuesto que está formado por una mezcla compleja de hidrocarburos que se clasifican en 4 tipos: saturados (alcanos y cicloalcanos), aromáticos, asfáltenos (fenoles, ácidos grasos, cetonas, ésteres y porfirinas) y resinas (piridinas, quinolines, carbazoles, sulfóxidos y amidas); y es una rica fuente de materia orgánica y los hidrocarburos que contiene son rápidamente atacada por diferentes microorganismos. Su biodegradación en los ecosistemas es muy compleja, ya que depende de las características de la mezcla, de los factores ambientales que regulan la actividad biológica y de la naturaleza de la comunidad microbiana (en especial la bacteriana) (2).

El Petróleo como Contaminante Industrial



2.1.1. Remediación de hidrocarburos en el suelo

Es difícil exagerar la importancia de la versatilidad metabólica bacteriana y de las leyes que regulan su funcionamiento. Las bacterias son organismos que gozan de una enorme plasticidad bioquímica, se adaptan con facilidad a cambios ambientales y son muy tolerantes a situaciones extremas en el medio donde habitan. La biodegradación de hidrocarburos en suelos es una alternativa que puede emplearse tanto para el tratamiento como para la disposición final de los residuos producidos por las refinerías de petróleo (9). Se ha demostrado que una gran variedad de bacterias pueden oxidar hidrocarburos aeróbicamente. Existen diversas comunidades bacterianas capaces de utilizar hidrocarburos como donadores de electrones. Por ejemplo el metano, el hidrocarburo más sencillo, es degradado por un grupo especializado de bacterias llamadas bacterias metano-tróficas, pero estas no pueden crecer con hidrocarburos con mayor número de carbonos. Las bacterias oxidadoras de hidrocarburos pueden atacar las goticulas insolubles de petróleo y a menudo pueden verse en grandes cantidades sobre ellas ya que crecen rápidamente y tienen buena actividad al verse favorecidas por los parámetros ambientales; esta acción lleva a la descomposición del petróleo y a la desaparición de la mancha provocada por este contaminante. En los vertidos en los que se han llevado a cabo estudios se ha visto que las bacterias oxidadoras de hidrocarburos han aumentado su número de 103-106 veces poco tiempo después de realizar el vertido (7). En la eliminación de vertidos de petróleo, las bacterias actúan oxidando el petróleo a CO2. Así cuando se producen estos grandes vertidos terrestres, las fracciones de hidrocarburos volátiles se evaporan rápidamente, quedando los compuestos aromáticos y alifáticos de cadena larga para que sean eliminados por las bacterias.

Bacetrias oxidadoras de hidrocarburos asociadas con gotas de petróleo. Las bacterias se

concentarn en grandes cantidades en la interfase petróleo-agua, pero no penetran en el interior

de las gotas.



2.1.2. Bacterias más utilizadas en la degradación

Se utilizan bacterias de alta capacidad degradativa (z), entre ellas están:

Acinetobacter junii Actinomyces Alcaligenes Arthrobacter Achromobacter Bacillus (cereus, sphaericus, fusiformis, pumilis) Beneckea Brevibacterium Coryneformes Erwinia Flavobacterium Lactobacillus Leumthrix Moraxella Nocardia Micrococus Mycobacterium Pseudomonas aeruginosa Pseudomonas mendocina Pseudomonas aeurofasciens Peptococcus Rodhococcus Sarcina Spherotilus Spirillum Streptomyces Vibrio Xanthomyces Xanthomonas

2.1.3. Tecnología implementada más usada (Landfarming) Esta metodología de tratamiento de suelo contaminado se realiza dentro del predio donde se encuentra la contaminación por hidrocarburos, es una técnica ex situ, ya que se debe realizar la remoción del suelo contaminado para su adecuación al tratamiento. En este proceso se utilizan las bacterias nativas para degradar los componentes de petróleo que ocurren en el suelo, la bacteria degrada el componente orgánico, produciendo dióxido de carbono y agua. Para el desarrollo eficiente de este proceso es necesario proveer las condiciones óptimas para el crecimiento de la población bacteriana (11). El landfarming constituye un método simultáneo de tratamiento y disposición final, donde el residuo es mezclado con la superficie del suelo para ser degradado o transformado mediante un adecuado manejo.



El manejo implica:

La investigación preliminar del residuo,

El control del sitio de degradación, el suelo debe reunir condiciones que favorezcan la actividad biológica tales como buena porosidad, humedad óptima, presencia de nutrientes (Nitrógeno, Fósforo, Potasio, etc.) con buena aireación y temperaturas medias.

Su actividad biológica; la velocidad de degradación depende de la disponibilidad de nutrientes, ausencia de sustancias biotóxicas y de otros parámetros como: salinidad, capacidad de intercambio iónico, pH, textura, aireación, capacidad de retención de humedad, drenaje interno y temperatura.

El clima y,

La actividad de laboratorio, etc. Comparado con otros tratamientos, el landfarming es un método de

monitoreo rápido, bajo mantenimiento y alto potencial de degradación.

Proceso de Landframing

Bosquejo general de Landframing



2.2. REMEDIACIÓN BACTERIANA DE COMPUESTOS ORGANOCLORADOS

Los Compuestos Organoclorados (OCs) forman parte de los Compuestos Orgánicos Persistentes (COPs) por su presencia en todo el planeta, su bioestabilidad y su lenta biodegradación, su acumulación en los tejidos grasos y su vida media larga. Como su nombre indica los OCs son compuestos químicos orgánicos en donde algunos o la totalidad de sus átomos de hidrógeno se substituyen por cloro. La producción y el uso intensivo de estos compuestos se iniciaron en los años '30 en procesos industriales, como la producción de aislantes, y agrícolas (como pesticidas). Muchos de estos compuestos están actualmente prohibidos, pero siguen estando presentes debido a su lenta biodegradación y a su uso en los países del tercer mundo (10). La preocupación acerca de la presencia de estos contaminantes orgánicos indeseables en el medio ambiente y también en aguas subterráneas, ha dirigido amplios estudios acerca de su biodegradación. Un importante descubrimiento es que algunos de estos componentes son degradados bajo condiciones aeróbias y anaeróbias, y algunos sólo bajo condiciones aeróbicas. Aun otros pueden ser recalcitrantes bajo condiciones aeróbicas, pero fácilmente degradables bajo condiciones anaerobias. El destino de una sustancia particular está ampliamente decidido por sus propiedades químicas intrínsecas y por la capacidad metabólica de los microorganismos, especialmente bacterias, que tienen acceso a ella (1).

Derramamiento de Compuestos Organoclorados

2.2.1. DECLORACIÓN ANAERÓBICA En muchas partes del mundo, acuíferos conteniendo aguas subterráneas de

abasto, son contaminados con químicos tóxicos que se filtran de derrames terrestres o que entran al suelo de otras fuentes debido al mal manejo y almacenamiento de los mismos. La contaminación de aguas subterráneas también resulta del tratamiento masivo de la tierra con fertilizantes o pesticidas, que contienen gran proporciones de compuestos organoclorados.

Una lista de las posibles reacciones que los hidrocarburos alifáticos-clorados pueden sufrir ilustra la influencia de las propiedades químicas. Incrementando la cloración incrementa el estado de electrofilicidad y oxidación de un hicrocarburo alifático, haciéndolo más susceptible a la dehydrohalogenación y reducción (reacciones 1 y 2), y menos susceptible a la sustitución y oxidación (reacciones 3 y 4).



El destino del lavado en seco del solvente Percloroetileno (tetracloroetileno;

PCE), un contaminante común de aguas subterráneas, sirve como un ejemplo. Debido a la naturaleza altamente oxidada de este compuesto, es muy estable de la degradación aerobia del PCE. Sin embargo, bajo condiciones estrictamente anaeróbias, un cultivo puro de Dehalococcoides ethenogenes es capaz de declorar el PCE completamente a Etano, un producto no tóxico.

Para declorar el PCE, Dehalococcoides ethenogenes utiliza halorespiración, un mecanismo por el cual el PCE es usado como una aceptor de electrones y el hidrógeno como un donador de electrones. La energía obtenida de las reacciones exergónicas de dehalogenación es usada para el crecimiento bacteriano. La secuencia de reacciones son catalizadas por dehalogenasas reductoras que contienen cobalamina y grupos Fe-S (1).

Decloración del Percloroetileno por

Dehalococcoides ethenogenes



Otro ejemplo de decloración reductora o anaerobia, es la reducción de clorobenzoato a benzoato (inocuo) por la bacteria Desulfomonile es un modelo de laboratorio para el estudio de la decloración reductora:

Sin embargo, desde el punto de vista del biorremedio, otros compuestos clorados son mucho más importantes que el clorobenzoato. Por ejemplo, hay pruebas de decloración reductora de los compuestos dicloro-, tricloro- y tetracloro- (percloro-) etileno, clororformo, diclorormetano, algunos bifeniles policlorados (PCB), y varios compuestos con bromo y fluor. Estos compuestos tóxicos de algunos de los cuales (especialmente del tricloroetileno) se sospecha que son carcinogénicos, se utilizan extensamente en la industria como disolventes, agentes desengrasantes y aislantes en los transformadores eléctricos. Suelen introducirse en ambientes anóxicos a través de vertidos accidentales, o por goteo, que se escapa lentamente de contenedores de almacenamiento o de transformadores eléctricos abandonados, desde donde llegan a las aguas subterráneas, lugar que en el caso de los Estados Unidos es donde con más frecuencia se detectan estos contaminantes. Se conocen algunos géneros de microorganismos capaces de realizar una decloración reductora, que transforman que transforman diversos compuestos clorados en metabolitos inocuos. Existe un gran interés en el desarrollo de métodos que estimulen las actividades in situ de procariotas decloradores por reducción, como una estrategia de biorremedio de estos productos de tan elevada toxicidad en ambientes anóxicos.

2.2.1. DECLORACIÓN AERÓBICA En la decloración aeróbica bacteriana de compuestos clorados, participan

reacciones bioquímicas mediadas, en las que interviene el O2. En esas condiciones, la degradación de compuestos aromáticos clorados tiene lugar mediante oxigenasas. Por ejemplo: En la degradación aeróbica del Plaguicida 2,4,5-T por Burkholderia cepacia (antes Pseudomona cepacia), después de la decloración una enzima dioxigenasa rompe el anillo aromático generado compuestos que son metabolizados por las vías metabólicas centrales.

Decloración del Clorobenzoato por

Desulfomonile sp.



Aunque la degradación aeróbica de xenobióticos orgánicos clorados tiene una importancia ecológica indudable, la decloración reductora presenta un interés

ambiental especial a causa de la rapidez con que en la naturaleza los hábitats microbianos se hacen anóxicos y de las dificultades bioquímicas que esto conlleva para los organismos aeróbicos que, de otra manera, degradarían el compuesto (7).

CCrreecciimmiieennttoo ddee BBuurrkkhhoollddeerriiaa cceeppaacciiaa ssoobbrree 22,,44,,55 –– TT ccoommoo úúnniiccaa ffuueennttee ddee ccaarrbboonnoo yy

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2.3. REMEDIACIÓN BACTERIANA DE METALES PESADOS Tradicionalmente se llama metal pesado a aquel elemento metálico que presenta una densidad superior a 5 g/cm3, aunque a efectos prácticos en estudios medioambientales se amplía esta definición a todos aquellos elementos metálicos o metaloides, de mayor o menor densidad, que aparecen comúnmente asociados a problemas de contaminación. Algunos de ellos son esenciales para los organismos en pequeñas cantidades, como el Fe, Mn, Zn, B, Co, As, V, Cu, Ni o Mo, y se vuelven nocivos cuando se presentan en concentraciones elevadas, mientras que otros no desempeñan ninguna función biológica y resultan altamente tóxicos, como el Cd, Hg o el Pb. Estos elementos tienen su origen en el substrato litológico, apareciendo bien como elementos nativos o incorporados normalmente en las estructuras de sulfuros, silicatos, carbonatos, óxidos e hidróxidos. Los aportes dominantes se producen por deposición atmosférica y afectan de forma significativa a los primeros centímetros de suelo. Las bacterias del suelo también pueden interaccionar con los metales mediante mecanismos de extracción, estabilización, biosorción, bioacumulación, biomineralización y biotransformación (Lloyd and Macaskie, 2000). En cualquier caso, es importante resaltar que los metales tóxicos en los suelos no pueden ser destruidos sino sólo neutralizados y que pequeñas variaciones en las condiciones del medio edáfico pueden liberar los metales anteriormente insolubilizados, por lo que es necesario realizar un seguimiento en profundidad de la distribución de estos contaminantes en el suelo, especialmente de los más tóxicos (1).

Principales fuentes de procedencia de metales pesados en suelos



2.3.1. RESISTENCIA AL MERCURIO

A concentraciones suficientemente altas, el mercurio bivalente (Hg2+) y el metilmercurio (CH3Hg+) pueden ser tóxicos, tanto ara los organismos superiores como para los microorganismos. Por fortuna, algunas bacterias llevan a cabo la biotransformación de formas toxicas de mercurio a formas no toxicas. En bacterias Gram. negativas resistentes al mercurio, una enzima unida a NADPH, llamada Reductasa mercúrica, transfiere dos electrones al Hg2+ reduciéndola a Hg0 . El Hg0 producido en esta reacción es volátil, pero lo esencial es que no es toxico para los humanos ni para los microorganismos, en comparación con el Hg2+o el CH3Hg+. La conversión bacteriana del Hg2+ a Hg0 permite entonces convertir mas CH3Hg+ en Hg2+. La resistencia al mercurio de ha estudiado intensamente en Pseudomonas aeruginosa, bacteria Gram negativa que posee un plasmido que contiene genes para la resistencia de dicho metal. Esos genes llamados genes mer, están situados en un operon y están bajo el control de la proteína reguladora MerR (el producto de merR). Curiosamente Mer funciona de represor y tambien de activador. En ausencia del Hg2+, MerR se une a la región operadora de la región mer y realiza la trascripción de genes mer TCAD, sin embargo, cuando Hg2+ está presente, el metal forma un complejo con MerR, que funciona entonces como activador de la trascripción del operon mer. La reductasa mercúrica, mencionada previamente, es producto de gen merA. MerD, producto del gen merD, también cumple una función reguladora, mientras que merP codifica a una proteína peri plasmática captadora de Hg2+. Esta proteína, MerP, se une a Hg2+ y lo transfiere a una proteína de membrana MerT ( el producto de merT), se transporta el Hg2+ al interior de la célula para que sea reducido por la Reductasa mercúrica . El resultado final es la reducción Hg2+ a Hg0, que es volátil y es liberado por la celula. Se han encontrado genes mer adicionales en otros organismos, pero los que se describen aquí parecen conservarse en todos los operones mer examinados (7). Operón MER. MerR puede funcionar como represor (en ausencia de

Hg+2) y puede funcionar como activador (en presencia de Hg+2).

Pseudomona aeruginosa



2.3.2. RESISTENCIA A OTROS METALES PESADOS Se ha observado que plasmidos aislados de microorganismos gram positivos y gram negativos del dominio Bacteria codifica algún tipo de resistencia a metales pesados. Ciertos plasmidos que confieren resistencia a antibióticos también tienen genes para la resistencia al mercurio y al arsenico. Otros plasmidos codifican solo la resistencia a metales pesados. En un plasmido de gran tamaño aislado de Staphylococcus aureus se ha detectado resistencia al mercurio, al cadmio, al arsenato, y al arsenito. El mecanismo de resistencia varia para cada metal en concreto. Por ejemplo, la resistencia al arsenato y al cadmio se deben a la acción de enzimas que expulsan inmediatamente todos los iones de arsenato y cadmio incorporados, evitando asi que los metales desnaturalicen las proteínas. Estudios realizados con bacterias resistentes a niquel y a cobalto demuestran que en la mayoria de los casos los genes de resistencia se encuentran en plasmidos; es típico que haya resistencia a ambos metales en el mismo plasmido. Estudios realizados en cultivos de enriquecimiento demuestran que las bacterias resistentes al niquel son poco frecuentes en los suelos y en otros ambientes en los que este metal no se encuentra en cantidades significativas. Las bacterias muy resistentes al niquel o a otros metales son mas frecuentes en aguas residuales de la industria del procesamiento de metales, o en instalaciones mineras donde los metales pesados son extraídos por lixiviado con minerales de hierro o cobre (7).

Transporte y reducción de Hg+2. El Hg+2 se une a los residuos de cisteína

en ambas proteínas MerP y MerT.



2.4. REMEDIACIÓN BACTERIANA DE COMPUESTOS RADIOACTIVOS Durante los últimos sesenta años, el uso de material fisionable y materiales nucleares ha hecho posible el desarrollo de armas, producción de energía, y medicamentos radioterapéuticos. Sin embargo, estrategias comprensivas para la eliminación de los residuos nucleares materiales y rehabilitación de tierras contaminadas e instalaciones, aún son escasas. En los Estados Unidos, el DOE ha incluido unos 120 sitios específicos que contienen 1,7 billones de galones de agua contaminada y 40 millones de metros cúbicos de suelos contaminados. Muchos de estos sitios mantienen energía altamente radioactiva, incluyendo U 235, U 238, Pu 239, Cs 137 y Sr 90 además de contaminantes adicionales como metales pesados (por ejemplo, mercurio), contaminantes orgánicos (por ejemplo, tolueno), e hidrocarburos de combustible. En la actualidad, métodos químicos disponibles son costosos y a menudo carecen de la especificidad necesaria para descontaminar adecuadamente estos sitios. Los microbios, en especial las Bacterias, por el contrario, ofrecen un alto grado de especificidad con respecto al procesamiento de sus materias específicas, son potencialmente más rentables y menos probables de dispersar residuos radiactivos en una zona más amplia (5).

2.4.1. GÉNERO DEINOCOCCUS (SUPER CONAN)

Un género de bacterias con potencial, para la remediación de sitios de desechos mixtos radiactivos es Deinococcus. Este género cuenta con 41 especies válidamente publicadas. D. radiodurans R1 es capaz de soportar altas dosis de radiación debido a la expresión de genes clonados foráneos observados en ambientes radiactivos en más de 60 Gy y la viabilidad ha sido mantenida en la exposición de hasta 5000 Gy. Biotecnológicamente se ha identificado varios factores que contribuyen a la resistencia de los daños de la radiación, mediante su estructura cromosómica y morfológica. No se han caracterizado los genes que tienen la función de dar la alta fidelidad en la reparación de daños del ADN.

Contaminación por Compuestos Radioactivos.



Otras especies de Deinococcus, por ejemplo D. geothermalis, D. murrayi, y otros, han demostrado resistencia a la radiación y termotolerancia, haciéndolos candidatos adicionales para la biorremediación de sitios radioactivos (5).

Hay muchos mecanismos diferentes de acumulamiento o secuestro de metales, como los radionucleidos. Un mecanismo especial, que sirve para la precipitación de los metales pesados, el cual utiliza una fosfatasa ácida periplásmica no expresada por ejemplo por Citrobacter sp. y muchas otras (6). Los beneficios obtenidos en la investigación del género Deinococcus, para los efectos de la biorremediación de radiactivos, demuestran que este género ha poseído gran potencial en este ámbito, lamentablemente, siguen existiendo importantes limitaciones en esta investigación ¿Qué es un radionucleido? La presencia de cantidades inusuales de elementos radiactivos de origen no natural supone un tipo de contaminación de los alimentos que presenta diferencias y semejanzas con los contaminantes químicos. Entre las diferencias hay que señalar que, mientras por lo general sólo algunas formas químicas de contaminantes no-radioactivos son tóxicas, cualquier ingesta de isótopos radiactivos aumenta la exposición individual a las radiaciones ionizantes. Por otra parte, y en lo que se refiere a estabilidad, los radionucleidos tienen la particularidad de que se desintegran físicamente. Esta característica se mide por su vida media. Los radionucleidos de vida media corta sólo supondrán un problema importante de contaminación de los alimentos cuando los niveles sean altos (por ejemplo tras un accidente). Sin embargo, otros radionucleidos tienen vidas medias extremadamente largas (de hasta miles de años), y una vez en el medio ambiente, pueden considerarse como permanentes.

Deinococcus radiodurans en ambiente sin

radiaciación

Deinococcus radiodurans en ambiente con

radiaciación



Por lo tanto, las implicaciones medioambientales asociadas con la radioactividad vienen definidas por el comportamiento químico, físico y biológico de una amplia gama de elementos con isótopos radioactivos de diferentes vidas medias.

2.4.2. EXPERIENCIAS CON DEINOCOCCUS

Aún no se ha realizado in situ, es decir, me conocen métodos de aplicación de sistemas de saneamiento, tales como biorreactores o, simplemente, inoculando a los sitios de desechos para medir la eficacia de Deinococcus sp. Un estudio comparativo entre estos métodos no se pudo encontrar en una literatura. Las investigaciones futuras deberían llevarse a cabo para encontrar maneras de contener las cepas recombinantes de Deinococcus y utilizarlos en el campo con mayor eficacia in situ o ex situ. Por último, el diseño de una completa y efectiva remediación, aún no es completa, hacen falta más investigaciones para aclarar otras vías útiles para aumentar la productividad, de modo que esta poderosa utilidad puede ser aplicado a un mayor entorno en el campo. Algunas tierras agrícolas situadas en la zona Vromos Bay, cerca de la costa del Mar Negro, al sudeste de Bulgaria, han sido contaminados con elementos radiactivos (uranio, radio y torio) y metales pesados tóxicos (cobre, cadmio y plomo) como consecuencia de la minería y minerales procesamiento de minerales polimetálicos. Los experimentos de laboratorio realizados con muestras de suelo de estas tierras reveló que un remedio eficiente de los suelos se logró mediante un método de tratamiento in situ en función de la actividad de la microflora del suelo indígena. El tratamiento fue conectado con la disolución de los contaminantes en los horizontes superiores del suelo y su transferencia a los horizontes del suelo y localización profunda (sobre todo a la B2 horizonte), donde fueron inmovilizados como disolución de componentes diferentes. Los contaminantes insolubles fueron conectados con la actividad de ambos microorganismos aerobios heterotróficos y quimiolitotrofos e inmovilización fue debido principalmente a la anaeróbica bacterias sulfato reductoras. La actividad de estos microorganismos se ha mejorado por los cambios adecuados en los niveles de algunos factores esenciales del medio ambiente como el agua, el oxígeno y el contenido de nutrientes en el suelo. Sobre la base de los resultados de laboratorio antes mencionados, el método fue aplicado en condiciones reales de campo en una parcela experimental de muy contaminada terrenos ubicados en el área de la Bahía de Vromos. Dentro de 8 meses de tratamiento, el contenido de elementos radiactivos y metales pesados tóxicos en el suelo se redujo por debajo de los niveles permisibles de referencia (5).

Biorrmediado con Deinococcus sp.



2.5. REMEDIACIÓN BACTERIANA DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES

Las aguas residuales de origen industrial incluyen las producidas por las industrias petroquímicas, de pesticidas, preparación de alimentos e industrias lácteas, plásticos, industrias farmacéuticas e industrias metalúrgicas. Las aguas residuales industriales pueden contener sustancias tóxicas que deben ser pretratadas antes de ser tratadas como aguas residuales. EL pretratamiento generalmente consiste en un proceso mecánico por el que se eliminan los residuos que pueden dañar el equipamiento de las plantas de tratamiento. No obstante, algunas aguas son previamente tratadas biológicamente para eliminar sustancias altamente tóxicas, como cianuro y metales pesados. Estas sustancias se pueden convertir en otras menos tóxicas a través de la acción de microorganismos específicos capaces de neutralizar, oxidar, precipitar o volatilizar los residuos tóxicos o infecciosos (7). 2.5.1. REMEDIACIÓN BACTERIANA DE HIDROCARBUROS EN EL AGUA

En el agua, al llegar a esta, la mancha generada por los hidrocarburos vertidos, flota, por diferencia de densidades impidiendo la entrada de luz y el intercambio gaseoso, dando comienzo a la solubilización de compuestos hidrosolubles y a la afección de diferentes poblaciones: la primera población afectada por un derrame es el plancton, en segundo lugar son afectados los macroinvertebrados, y la última población afectada son los Bentos o población de macroinvertebrados que viven en los fondos de los ríos y ciénagas. Importantes investigaciones han sido dirigidas al estudio de los microorganismos y sus actividades, con el propósito de ampliar su versatilidad metabólica para la degradación de contaminantes específicos principalmente los provenientes de las actividades petroleras. En tal sentido, se han desarrollado tecnologías fundamentadas en los procesos biológicos como alternativas viables en la eliminación parcial o total de diferentes compuestos orgánicos. Estos procesos utilizan principalmente bacterias que se encuentran en el mismo ambiente que se pretenda remediar,

Contaminantes industriales en Agua.



además se adicionan los macro y micro nutrientes necesarios para el mantenimiento de las cepas bacterianas. La etapa de selección de las cepas bacterianas es muy importante, ya que cuanto más específica sea su capacidad degradativa ante los distintos tipos de desechos, mayor será la capacidad de digerirlo y menor será el tiempo de permanencia en el ambiente. La biorremediación o saneamiento biológico es una tecnología basada en procesos naturales que utiliza la capacidad de algunos microorganismos, tales como bacterias, para transformar compuestos químicos con la finalidad de disminuir o eliminar su condición de peligrosidad (1). La transformación es tal, que hay un completo rompimiento de las moléculas orgánicas en sustancias inorgánicas como dióxido de carbono y agua, proceso que se denomina mineralización. Si ocurre sólo una degradación parcial de compuestos secundarios, los cuales pueden ser o no menos tóxicos, se dice entonces, que ocurrió una biotransformación.

La descarga de petróleo y sus productos derivados a las corrientes naturales de aguas superficiales y subterráneas ha planteado un problema que, en la mayoría de los casos, han adquirido bastante gravedad. En el caso de aguas superficiales la adición de nutrientes se realiza sin menor complicación en el área a tratar con el objeto de aumentar la población nativa para acelerar el proceso de biodegradación, y la adición de oxígeno muchas veces no es necesaria a menos que sea agua estancada sin movimiento pues el oleaje y el viento se encargan de proporcionar las condiciones óptimas para que el oxígeno atmosférico penetre en el reservorio (8).

Biorremediación de Aguas con Hidrocarburos



2.5.2. REMEDIACIÓN BACTERIANA DE DESECHOS INDUSTRIALES EN EL

AGUA.

La calidad del agua es alterada por el vertido de sustancias de distintas naturaleza y para que la calidad del agua no sea afectada deberíamos tener en cuenta que cantidad de desechos son vertidos y cuál es la capacidad de saturación de las bacterias presente. Aquí intervienen los vertidos de origen agropecuarios y los de origen industrial. Considerando la importancia de la ubicación de las industrias contaminantes y teniendo en cuenta la incidencia de su proximidad a las aguas o no, se puede deducir que la distancia influye en el tiempo de contaminación ya que si el vector contaminante se encuentra próximo a las aguas, la contaminación será más rápida y severa, en cambio encontrándose a mayor distancia la contaminación será más lenta y menos abarcativa. La industria siderúrgica utiliza ácidos fuertes (HCl y H2SO4) con diversos aditivos que disuelven los óxidos de Hierro superficiales y cantidades mínimas de este metal. La industria de las fibras sintéticas, fabricación de termómetros, etc.; utilizan compuestos de mercurio que producen metilmercurio que se asimila con facilidad en los animales permaneciendo mayor tiempo en el organismo. Un anión venenoso es el cianuro, proveniente de las industrias de galvanizado que utilizan cianuros, ejemplos, de cinc, cromo y níquel (8). Biorremediación del Cianuro De la misma manera, en la minería, el cianuro presenta un papel importante en la lixiviación, ya que es capaz, a través del cianuro de sodio, de disolver el oro, para luego recuperarlo y finalmente descartar el cianuro a ríos y causes pequeños de aguas. Y como es de conocer, el cianuro tiene una actividad altamente tóxica, ya que es potencialmente letal, actuando como tóxico a través bloqueo de la cadena transportadora de electrones del sistema central del proceso de respiración celular. Por consecuencia, causa una baja en el oxígeno intracelular, impidiendo la homeostasis de las células. Y es que en estas circunstancias, cepas de Pseudomonas tienen la peculiar actividad de la degradación del cianuro, ya que es capaz de mineralizarlo y obtener así una abundante fuente de carbono. Este proceso, se trataría de una actividad ex situ ya que la fermentación (degradación, mineralización) se realizaría en birreactores de tanque agitado con 5 discos dispuesto de manera horizontal, tratando toda el agua contaminada con cianuro y luego traspasándola al cauce de agua, siendo ya está limpia (microbial biotecnology) (11). Biodegradación de Cianuro por Pseudomonas

http://es.wikipedia.org/wiki/T%C3%B3xico

http://es.wikipedia.org/wiki/Cadena_transportadora_de_electrones

http://es.wikipedia.org/wiki/Respiraci%C3%B3n_celular

http://es.wikipedia.org/wiki/Homeostasis



III. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA REMEDIACION BACTERIANA.

3.1. VENTAJAS:

Menor costo que las tecnologías convencionales Los contaminantes son usualmente convertidos a productos inocuos Es más barato que otras técnicas anticontaminación, especialmente cuando se

trata de eliminar residuos de difícil acceso. Los contaminantes son destruidos, no simplemente transferidos a otros medios

ambientales Técnicas no intrusivas, potencialmente permiten el uso continuado del sitio. Y es

que si se utiliza correctamente, no produce efectos adversos significativos, ya que apenas genera cambios físicos en el medio.

La Remediación Bacteriana a menudo toma menos tiempo que otras opciones de tratamiento (con plantas u hongos), y también como la excavación y remoción de tierra o incineración.

Relativamente fáciles de implementar. Permanentemente elimina los contaminantes. Exime de responsabilidad a largo plazo los riesgos. Resultados en el sitio de mínima perturbación. Ofrece flexibilidad de los sistemas y aplicaciones Puede ser integrado con otras tecnologías Elimina costos de transporte y la responsabilidad asociada Aplicable en zonas inaccesibles por otros métodos de tratamiento Rentable. Cuenta con la aceptación pública positiva.

3.2. DESVENTAJAS:

Puede ser difícil su control. Las enmiendas introducidas al ambiente para incrementar la biorremediacion

pueden causar otros problemas de contaminación. Puede no reducir la concentración de contaminantes al nivel deseado. Puede requerir monitoreos más extensivos. Efectividad difícil de predecir. Existen algunas preocupaciones de que los productos de biodegradación pueden

ser más persistentes o tóxicos que el compuesto original. Los procesos biológicos son a menudo muy específicos. Sitio de los factores

importantes para tener éxito son necesarios la presencia de poblaciones bacterianas capaces metabólicamente y adecuada del medio ambiente de crecimiento con condiciones y los niveles adecuados de nutrientes y contaminantes.

No existe una definición aceptada de "limpio", evaluar el funcionamiento de la remediación bacteriana es difícil, y no hay criterios de valoración aceptables para los tratamientos de este tipo de biorremediación.



IV. REFERENCIAS 1) Alexander N. Glazer and Hiroshi Nikaido. Biotecnología Microbiana. Universidad de

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REMEDIACIÓN BACTERIANA - UNICA

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