Biorremediación: Microbios limpiando el medio ambiente

Derrames de petróleo devastadores

Todavía recuerdo vívidamente el naufragio del petrolero Exxon Valdez frente a la costa de Alaska que arrojó millones de galones de petróleo en Prince William Sound. Pero como eso fue en 1989, creo que debería usar un ejemplo más contemporáneo. ¿Qué hay del derrame de petróleo de Deepwater Horizon? Todos deben recordar cuando arrojó petróleo al Golfo de México en 2010. Nunca olvidaré las imágenes de aves marinas, vivas y muertas, cubiertas de petróleo.

Luego estaban los videos de los voluntarios con trajes de materiales peligrosos que intentaban limpiar el desorden y salvar la vida silvestre mientras al mismo tiempo arriesgaban su salud a través del contacto con el aceite tóxico. Debe haber una mejor manera de limpiar esta contaminación que no ponga en peligro más vidas humanas, una manera no solo de eliminarla del medio ambiente, sino de descomponerla en compuestos inofensivos que pueden dispersarse nuevamente en la naturaleza. Ingrese al apasionante mundo de la biorremediación.

Biorremediación

La biorremediación es el uso de organismos para metabolizar contaminantes. En lugar de simplemente recolectar el contaminante y almacenarlo, la biorremediación se basa en organismos vivos para consumir y descomponer el compuesto, convirtiéndolo en sustancias naturales e inofensivas. Los biorremediadores son cualquier organismo utilizado para la biorremediación. Por lo general, los microbios como las bacterias, las arqueas y los hongos son los principales biorremediadores.

Hay muchos tipos diferentes, crecen muy rápidamente y se pueden modificar genéticamente fácilmente. Esto no significa que las plantas y los animales no puedan usarse como biorremediadores. Simplemente significa que estos microbios son mucho más fáciles de usar y, a menudo, se adaptan mejor a las tareas en cuestión. Para comprender mejor la biorremediación, continuemos con el tema de los derrames de petróleo.

Biorremediación de derrames de petróleo

Muchos alimentos en estos días promocionan los beneficios para la salud de “todos los ingredientes naturales”, pero el aceite de petróleo crudo es “totalmente natural” y está lejos de ser un compuesto saludable. Hace millones de años, una gran cantidad de microbios, predominantemente algas y zooplancton, murieron, quedaron enterrados bajo rocas sedimentarias y fueron sometidos a temperaturas y presiones extremas en las profundidades de la tierra.

A lo largo de los años, los diminutos cadáveres cambiaron en respuesta a las condiciones extremas, dando lugar a una compleja mezcla de compuestos compuestos principalmente por carbono e hidrógeno. Lo que comenzó como pequeños cadáveres ahora es un charco maloliente de líquidos y gases oscuros y fangosos. Si pudieras hacer zoom en cada molécula individual, verías una gran variación en formas y tamaños. Algunos forman largas cadenas. Otros forman moléculas circulares complejas. Independientemente de la estructura molecular, durante un derrame de petróleo, todas estas moléculas deben descomponerse y volverse inofensivas.

Biorremediadores naturales

Afortunadamente, ya existen microbios capaces de descomponer casi todos estos compuestos. Puede apostar que tan pronto como ese petróleo comenzó a aparecer en la Tierra, las bacterias y arqueas desarrollaron formas de explotarlo como fuente de energía. Después de innumerables miles de millones de mutaciones y generaciones, se desarrolló una gran y diversa comunidad de microbios. Cada especie se dirige a una o unas pocas moléculas seleccionadas, descomponiéndolas de manera eficiente y liberando energía.

Algunas especies pueden reducir su compuesto a dióxido de carbono y agua. Otras especies simplemente rompen moléculas grandes en trozos más pequeños que a su vez son descompuestos por una especie diferente. El proceso es lento pero casi 100% efectivo. Entonces, la biorremediación puede limpiar estos derrames de petróleo, pero no en un marco de tiempo que sea aceptable para la mayoría de los ambientalistas. ¿Quién tiene tiempo para esperar mil años para que los basureros de la naturaleza se encarguen de los negocios? Es hora de introducir otro término.

Bioaumentación

A veces, las especies naturales no son lo suficientemente rápidas o incluso no pueden descomponer ciertos compuestos. Pero mencioné anteriormente que los microbios como las bacterias, las arqueas y los hongos pueden modificarse genéticamente. Entonces, a través de la manipulación del ADN, los científicos deberían poder diseñar microbios que se dirijan a compuestos resistentes o descompongan los contaminantes mucho más rápido que las especies naturales.

La bioaumentación es el proceso de agregar microbios diseñados a un sistema para que actúen como biorremediadores. Esto suena como una gran idea para eliminar rápida y completamente ese aceite. Pero hay un problema. Si tomas una rata de laboratorio que nació y vivió toda su vida en cautiverio y de repente la sueltas en un bosque, va a tener problemas. Sabe qué hacer con la comida, pero no dónde encontrarla ni cómo competir con las ratas salvajes para acceder a ella.

Los microbios responden de la misma manera. Es posible que puedan descomponer rápidamente un contaminante objetivo, pero también lo son las especies naturales. Y esas especies naturales evolucionaron a estas condiciones ambientales específicas. Al final del día, una bacteria diseñada simplemente no puede competir lo suficientemente bien como para desplazar a las especies naturales.

Pero la bioaumentación tiene su lugar. Los ingenieros y científicos se esfuerzan constantemente por crear productos químicos nuevos y mejores que nunca antes habían existido. Estos compuestos no tienen una relación evolutiva cercana con los microbios naturales, por lo que es probable que no exista uno que pueda descomponerlos. En este caso, diseñar bacterias para descomponer estos compuestos puede ser la solución perfecta.

La bioaumentación también es muy eficaz en sistemas cerrados, como recipientes de almacenamiento de aceite. Los microbios naturales a menudo se eliminan, lo que también elimina la competencia con las especies modificadas. Las bacterias artificiales que antes no podían competir ahora son libres de degradar rápidamente el aceite sin tener que preocuparse por las bacterias rivales.

Un último punto para recordar: la biorremediación no es solo para la contaminación por petróleo. Cualquier compuesto contaminante es un objetivo potencial para la biorremediación. Algunos otros ejemplos incluyen solventes industriales, pesticidas y compuestos de metales pesados, que son infamemente difíciles de eliminar. Existe el potencial para que la biorremediación tenga un impacto importante en la contaminación, pero se necesitarán más investigaciones antes de que se convierta en la respuesta que buscan los ambientalistas.

Resumen de la lección

Revisemos. Limpiar la contaminación puede ser un trabajo difícil y peligroso. Y, por lo general, el contaminante simplemente se almacena. La biorremediación hace uso de organismos vivos para descomponer el contaminante en compuestos naturales inofensivos. Los biorremediadores , los organismos utilizados para la biorremediación, son con mayor frecuencia bacterias, arqueas y hongos debido a su rápida tasa de crecimiento, sus necesidades metabólicas variables y su capacidad para ser manipulados genéticamente.

En la mayoría de los casos, los microbios naturales ya han evolucionado para descomponer los contaminantes naturales, como los combustibles fósiles. Estos microbios pueden degradar casi el 100% del aceite, dejando solo dióxido de carbono y agua. Desafortunadamente, este proceso es lento.

La bioaumentación es el proceso de agregar microbios diseñados a un sistema para que actúen como biorremediadores. La bioaumentación funciona muy bien para sistemas cerrados, como tanques de almacenamiento de aceite. Las especies modificadas también son excelentes para degradar sustancias químicas artificiales que no han existido lo suficiente como para que la evolución produzca especies naturales para realizar esta tarea. La bioaumentación no suele ser eficaz en el caso de una gran contaminación ambiental. Las especies diseñadas simplemente no pueden competir con los microbios evolucionados naturalmente que ya están presentes en el medio ambiente.

Los resultados del aprendizaje

Al completar esta lección, podrá:

• Definir biorremediación
• Identificar el propósito de la biorremediación y los biorremediadores comunes.
• Explicar el proceso de bioaumentación.
• Describir las circunstancias en las que la bioaumentación es y no es eficaz.