Biorremediación: El poder de la naturaleza en la restauración de ecosistemas
Por: Cindy Dávalos
Asistente HSE/ Ingeniera de proyectos
22-Abril-2024
La rápida industrialización, urbanización y sobreexplotación de recursos naturales han sido factores clave en el notable aumento de la contaminación ambiental a nivel global en las últimas décadas. Si bien las industrias desempeñan un papel crucial como impulsores de la economía, también son responsables de una gran parte de la degradación ambiental debido a la liberación y acumulación de residuos potencialmente tóxicos, como metales pesados, hidrocarburos, fármacos y pesticidas, lo que representa una seria amenaza para la salud humana y los ecosistemas (Saxena, Kumar, y Shah 2020).
Es indudable que, en el contexto actual, resulta imprescindible contar con tecnologías innovadoras, sostenibles y rentables para mitigar los impactos derivados de las actividades humanas, con el objetivo restaurar y mantener la calidad del medio ambiente. En los últimos años, la ciencia ha generado importantes avances en cuanto a técnicas de remediación, con un enfoque ecológico y de mayor efectividad, siendo la biorremediación una de las más destacadas.
Pero, ¿qué es la biorremediación? Pues es una tecnología de ingeniería que implica el uso de organismos vivos, ya sean bacterias, hongos o microalgas, aprovechando su capacidad de usar sustancias tóxicas, generalmente de compuestos orgánicos (p. ej hidrocarburos derivados de petróleo), como fuente de alimento y energía, para transformarlas a sustancias menos tóxicas, o incluso inocuas, para el medio ambiente.
Limpieza del derrame de petróleo provocado por el buque Exxon Valdez en 1989 (Fountain 2013)
Estos procesos de degradación ocurren en la naturaleza de forma permanente; es decir, las poblaciones de microorganismos nativos de los ecosistemas constantemente depuran el suelo y agua de contaminantes. Sin embargo, varios son los factores que influyen en su capacidad y efectividad: temperatura, pH, humedad, potencial redox, etc.
La biorremediación se enfoca en ayudar a estos microorganismos mejorar sus mecanismos naturales e incrementar la velocidad a la cual estos llevarán a cabo la biodegradación, ya sea mediante aplicación de oxígeno, la adición de nutrientes, metabolitos, donadores o aceptores de electrones apropiados, (bioestimulación); o incluso de cepas bacterianas especializadas (bioaumentación) con propiedades únicas para la biorremediación.
Historia y aplicaciones
Aunque parece ser una tecnología nueva, en realidad, la biorremediación se aplica desde hace un buen rato. Un ejemplo es el tratamiento biológico de aguas residuales domésticas, por medio de fangos activos, descubierto a mediados del siglo XIX. Con el tiempo, los avances científicos y las lecciones aprendidas de los desastres medioambientales a gran escala, han conducido al descubrimiento de innovadoras formas y estrategias para biodegradar diferentes compuestos químicos (U.S. Environmental Protection Agency 2013).
Uno de los primeros casos documentados de la aplicación de biorremediación en emergencias ambientales fue en Hanahan, Carolina del Sur, en 1975. Una fuga de aproximadamente 83.000 galones de combustible de avión resultó en una pluma de contaminación por hidrocarburos, en el agua subterránea. Científicos del U.S. Geological Survey (USGS), diseñaron un sistema de remediación in situ, combinando un enfoque microbiológico – hidráulico, con el cual, se inyectaba nitrato y oxígeno al acuífero, para incrementar la eficiencia de biodegradación de los microorganismos nativos, al mismo tiempo que se extraía el agua contaminada. Los datos obtenidos de esta investigación demostraron el potencial de esta técnica como una estrategia de limpieza eficaz (Vroblesky, y otros 1997).
En la actualidad, el campo de aplicación de la biorremediación es sumamente amplio, desde la degradación de contaminantes volátiles como el BTEX (benceno, tolueno, etilbenceno y xileno), que son muy comunes en las industrias de manufactura, pintura y estaciones de servicio, hasta el aprovechamiento del metano, un gas generado por bacterias al degradar desechos orgánicos, como los provenientes de alimentos, para la generación de energía.
Bacterias del género Oleispira, degradadora de hidrocarburos (Biello 2010)
Avances y Perspectivas Futuras
Tal como en todo proceso de remediación, la caracterización adecuada del sitio contaminado es crítica para el diseño de un programa exitoso. Así como es necesario saber la naturaleza de los impactos ambientales, características de los compuestos de interés, y las propiedades geoquímicas del sitio, al considerar una biorremediación también es importante evaluar si los microorganismos correctos están presentes, pues ellos son la base de un proceso de esta naturaleza.
Tradicionalmente, la caracterización de microorganismos se realizaba mediante métodos basados en el aislamiento y el cultivo en laboratorios. Sin embargo, estos métodos son laboriosos y subestiman la diversidad de las comunidades microbianas; es por ello que, a partir del desarrollo de las técnicas de biología molecular se ha logrado superar esta limitante, obteniendo información con un nivel sin precedente de eficiencia y precisión (The Interestate Technology & Regulatory Council 2013).
Técnicas como la reacción en cadena de la polimerasa en tiempo real (qPCR) y la secuenciación de nueva generación (NGS), respaldadas por herramientas bioinformáticas, facilitan la cuantificación e identificación de los microorganismos presentes en sitios contaminados, así como los genes responsables de las reacciones de biodegradación. Esta información puede ser usada como evidencia del potencial de biorremediación de un sitio, o como una forma de monitorear y evaluar el progreso del tratamiento (Taggart y Clark 2021).
Los avances en ingeniería genética, especialmente en el desarrollo de microorganismos genéticamente modificados, ofrecen nuevas oportunidades para la degradación de contaminantes persistentes. Paralelamente, tecnologías emergentes como el «machine learning» y la inteligencia artificial se perfilan como herramientas importantes para el mapeo, modelado y gestión de sistemas de remediación. (Saxena, Kumar y Shah 2021).
Con la integración de tecnologías avanzadas y enfoques interdisciplinarios, la biorremediación puede convertirse en una herramienta poderosa para la restauración y preservación de la calidad del medio ambiente. Sin embargo, para que esto ocurra, es necesario superar el sesgo hacia las tecnologías tradicionales, con el fin de lograr una mayor aceptación de los tratamientos biológicos por parte de las autoridades reguladoras y el público en general.
Referencias:
Biello, David. 2010. «Meet the Microbes Eating the Gulf Oil Spill.» Scientific American. Agosto 18. Accessed Abril 16, 2024. https://www.scientificamerican.com/slideshow/gulf-oil-eating-microbes-slide-show/.
Fountain, Henry. 2013. «Lessons From the Exxon Valdez Oil Spill.» The New York Times. Diciembre 9. Accessed Abril 16, 2024. https://www.nytimes.com/2013/12/09/booming/lessons-from-the-exxon-valdez-oil-spill.html.
Saxena, Gaurav, Vineet Kumar, and Maulin Shah. 2021. Bioremediation for Environmental Sustainability: Toxicity, Mechanisms of Contaminants Degradation, Detoxification, and Challenges. Elsevier.
Taggart, Dora M., and Kate Clark. 2021. «Lessons learned from 20 years of molecular biological tools in petroleum hydrocarbon remediation.» Remediation: The Journal of Envornmental Cleanup Costs, Technologies & Techniques 83-95.
The Interestate Technology & Regulatory Council. 2013. Enviromental Molecular Diagnostics. The Interestate Technology & Regulatory Council.
U.S. Environmental Protection Agency. 2013. Introduction to In Situ Bioremediation of Groundwater. EPA Office of Solid Waste and Emergency Response.
Vroblesky, D. A., J. F. Robertson, M.D. Petkewich, M.D. Chapelle, P. M. Bradley, and J. E. Landmeyer. 1997. Remediation of petroleum hydrocarbon-contaminated ground water in the vicinity of a jet-fuel tank farm, Hanahan, South Carolina. Columbia: U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report.
Sobre el Autor:
Cindy Dávalos
Ing. Biotecnología de recursos naturales/ Ing. De Proyectos/ Asistente HSE