La liberación de contaminantes al ambiente, producidaprincipalmente como consecuencia del desarrollo industrial, hasuperado con creces a los mecanismos naturales de reciclaje yautodepuración de los ecosistemas receptores.

Este hecho ha conducido a una evidente acumulación decontaminantes en los distintos ecosistemas hasta nivelespreocupantes.

Por ello, además de reducir en todo lo posible la liberación decontaminantes, hoy en día existe la necesidad de indagar en labúsqueda de procesos que aceleren la degradación de loscontaminantes presentes en el ambiente.

Así, se reducirían de forma progresiva los efectos perniciosos queproducen sobre los ecosistemas y la salud humana.

La industria química produce gran cantidad decompuestos xenobióticos, cuya estructuraquímica difiere considerablemente de loscompuestos orgánicos naturales.

Algunos de estos compuestos xenobióticos,con grupos halógenos y nitrogenados,utilizados como propelentes, refrigerantes,disolventes, bifenoles policlorados (PCB),plásticos, detergentes, explosivos yplaguicidas, son resistentes (recalcitrantes) a labiodegradación.

Esto último causa la acumulación delxenobiótico en los niveles tróficos superiores,donde provoca graves daños ecológicos.

Cerca de 1500 millones de toneladas de crudo sontransportados anualmente en buques como carga,como combustible, o para otros usos. Una cantidadde crudo, relativamente pequeña, pero sustancial,nunca alcanza su destino, siendo éste, el medioambiente marino, como consecuencia deaccidentes y derrames en operaciones dedescarga (Peet, 1994).

Durante el pasado y presente siglo, la crecienteexplotación de petróleo ha traído consigo todo tipode accidentes ecológicos que han dañado losecosistemas acuáticos causando graves daños a lasalud humana, a la vida silvestre y al ecosistemaen general.

CONTAMINACION DEL AGUA MARINA

www.cco.gov.co/contmar1.htm

Desembocadura Río Mississippi en el Golfo de México-EE.UU. Fuente:www.earth.rice.edu• Por vertimientos directos: directamente al mar se vierten residuossólidos y aguas residuales, producto de actividades en los buques, lospuertos y zonas urbanizadas en áreas costeras.

CONTAMINACION DE AGUAS POR MERCURIO

BIOTA EN EL AGUA QUE ES AFECTADA POR HIDROCARBUROS

MINERIAMINERIA

IMPACTOS AL IMPACTOS AL AMTIENTEAMTIENTE

Suelos contaminados

Recursos hídricos contaminados

Canchas de relave

Desmontes

Rellenos sanitarios y vertidos industriales

Aire y gases residuales

CONTAMINACION DEL AGUA Y SUELO POR LA AGRICULTURA Y GANADERIA

Sustancia Tiempo para la desaparicióndel 75 al 100%

Insecticidas cloradosDDT 4 añosAldrín 3 añosClordano 5 añosHeptacloro 2 añosLindano 3 añosInsecticidas organofosforados:Diazinón 12 semanasMalatión 1 semanaParatión 1semana

Herbicidas:2,4-D(ácido 2,4-diclorofenoxiacético) 4 semanas2,4,5T(ácido2,4,5,triclorofenoxiacético) 20 semanasDalapín 8 semanasAtrazina 40 semanasSimazina 48 semanasPropazina 1.5 años

Plaguicidas en el sueloPlaguicidas en el suelo

PRINCIPALES CAUSAS DE CONTAMINACIÓN DEL AIRE:

Emisiones del transporte urbano (CO, CnHn, NO, SO2, Pb).

Emisiones industriales gaseosas (CO, CO2, NO, SOx).

Emisiones Industriales en polvo (cementos, yeso, etc.).

Basurales (metano, malos olores).

Quema de basura (CO2 y gases tóxicos).

Incendios forestales (CO2).

Fumigaciones aéreas (líquidos tóxicos en suspensión).

Derrames de petróleo (Hidrocarburos gaseosos).

BIOTECNOLOGÍABIOTECNOLOGÍA

“Es la integración de ciencias naturales eingeniería para llevar a cabo la aplicación deorganismos, células, partes de las mismas yanálogos moleculares, en productos yservicios”

BIOTECNOLOGÍA BIOTECNOLOGÍA AMBIENTALAMBIENTAL

Aplicación de la Biotecnología en aspectos medioambientales:* Seguimiento de la contaminación (biosensores, biomarcadores).* Tratamiento de los residuos (origen doméstico, agrícola, industrial).*Tratamiento de lugares y vías fluviales ya contaminados(Biorremediación).* Prevención de la contaminación (uso de microorganismos o enzimas,plantas, biocombustibles, plásticos biodegradables).

Aplicación específica de la Biotecnología al tratamiento deproblemas medioambientales, incluyendo el tratamiento deaguas, el control de la contaminación y su integración contecnologías no biológicas.

La contaminación ambiental puede serdisminuida con la tecnología debiorremediación.Requiere de un equipo multidisciplinario,donde su base principal es la microbiología.Para desarrollar un plan de biorremediaciónefectivo, costeable y ambientalmente seguro,es necesario tener un conocimiento de laecología y de la evolución de laspoblaciones microbianas degradativas.

Las primeras observaciones debiorremediación fueron con el petróleo,después con algunos organoclorados yorganofosforados; “se advirtió que losmicroorganismos no sólo eranpatógenos, sino que además erancapaces de absorber compuestosorgánicos, algunos naturales, otrossintéticos, y degradarlos, lo queconstituye el objetivo de labiorremediación”.

El petróleo, sustancia natural, después de un largo tiempo es diluidoy asimilado por el medio ambiente.De esta capacidad de la naturaleza para superar algunosdesequilibrios en el ecosistema, surge la biorremediación, como unatecnología que usa un elemento biológico, en la mayoría de los casosmicroorganismos, para eliminar contaminantes de un lugar, sea estesuelo, sedimento, fango o mar.La biorremediación se ha transformado en la colaboradora directa dela naturaleza, que no siempre es capaz de superar por sí solagrandes desequilibrios.La biorremediación le da una ayuda al medio ambiente en la mejorade los ecosistemas dañados, acelerando dichos procesos naturales.Lo que hacen los microorganismos es:degradar los desechos en productos menos tóxicos,concentrar e inmovilizar sustancias tóxicas, metales pesados;minimizar desechos industriales yrehabilitar áreas afectadas con diversos contaminantes.

La biorremediación surge como una rama de la biotecnología quebusca resolver los problemas de contaminación mediante el diseñode microorganismos capaces de degradar compuestos queprovocan desequilibrios en el medio ambiente.Las técnicas de la biorremediación son específicas para casosparticulares, porque dependen directamente de las condiciones delecosistema a recuperar.Biorremediar un ambiente contaminado puede requerir laelaboración de un microorganismo genéticamente modificado quesea eficiente sólo para ese caso.Un ejemplo sencillo de biorremediación puede ser el del petróleo:Los derrames de crudo provocan un desequilibrio al aumentar lacantidad de carbono,lo que descompensa los niveles de nitrógeno y fosfato,en esas condiciones metabólicamente no se puede consumir elcarbono.La biorremediación de petróleo consiste en verter los mismosnutrientes que están descompensados, fosfato, nitrógeno y dejarque los microorganismos que ya están presentes “hagan sutrabajo”.

Muchos tratamientos biotecnológicos de contaminantesson considerados biorremediación, sin embargo algunosautores diferencian entre ambos procesos.La biotecnología es tecnología que usa elementosbiológicos, sea un organismo o una enzima.“En estricto rigor un sistema de tratamiento de efluentesno es biorremediación, son tratamientos biológicos omixtos para evitar la contaminación.En cambio la biorremediación se utiliza para revertir undaño”.Tanto el tratamiento de residuos como labiorremediación usan microorganismos, pero lodistintivo de la biorremediación es la aplicación de unatecnología a posteriori, una vez que se ha producido eldaño ecológico.

Existen grupos de compuestos especialmente peligrosospara el hombre en los que la biorremediación halogrado importantes avances.Uno de estos grupos son los organoclorados,compuestos orgánicos no naturales que tienen cloro ensu molécula y son capaces de intervenir en los procesoscelulares normales, entre otros la reproducción.Son relativamente estables y omnipresentes en elambiente. Surgen como subproductos de procesosindustriales y eventos naturales como incendiosforestales, erupciones volcánicas, incineradores dedesperdicios sólidos, chimeneas, motores, control deplagas, etc. También pueden detectarse en la mayoríade los alimentos, como pollos, carnes rojas, pescados,productos lácteos, aceites vegetales y verduras.

LaLa biorremediaciónbiorremediación es la utilización detecnologías mediante las cuales se estimulala biodegradación del contaminante o lacapacidad de recuperación del ecosistema através procesos biológicos, con el objeto deminimizar las consecuencias de uncontaminante. Estos procesos debiodegradación pueden ser llevados a cabo porla microbiota autóctona de la zonacontaminada o por microorganismosadicionados a tal efecto. En ambos casos, loque se consigue es una biotransformación desustancias peligrosas en sustancias menostóxicas o inocuas.

La biorremediación es una tecnología que utiliza elpotencial metabólico de los microorganismos(fundamentalmente bacterias, pero también hongosy levaduras) para transformar contaminantesorgánicos en compuestos más simples poco o nadacontaminantes, y, por tanto, se puede utilizar paralimpiar terrenos o aguas contaminadas (Glazer yNikaido,1995).

Su ámbito de aplicabilidad es muy amplio, pudiendoconsiderarse como objeto cada uno de los estadosde la materia:

BiorremediaciónFundamentos y aspectos microbiológicos

Sólido: con aplicaciones sobremedios contaminados como sueloso sedimentos, o bien directamenteen lodos, residuos, etc.

Líquido: aguas superficiales ysubterráneas, aguas residuales.

Gases: emisiones industriales, asícomo productos derivados deltratamiento de aguas o suelos.

También se puede realizar una clasificación enfunción de los contaminantes con los que sepuede trabajar (Alexander, 1999; Eweis et al.,1999): Hidrocarburos de todo tipo(alifáticos, aromáticos,

BTEX, PAHs,...). Hidrocarburos clorados (PCBs, TCE, PCE, pesticidas,

herbicidas,...).Compuestos nitroaromáticos (TNT y otros).Metales pesados: Estos no se metabolizan por los

microorganismo de manera apreciable, peropueden ser inmovilizados o precipitados.

Otros contaminantes: Compuestos organofosforados,cianuros, fenoles, etc.

¿Cuáles son las ventajas técnicas de labiorremediación?

Mientras que los tratamientos físicos y buena parte delos químicos están basados en transferir lacontaminación entre medios gaseoso, líquido y sólido,en la biorremediación se transfiere pocacontaminación de un medio a otro.

Es una tecnología poco intrusiva en el medio ygeneralmente no requiere componentes estructuraleso mecánicos dignos de destacar.

Comparativamente, es económica y, al tratarse de unproceso natural, suele tener aceptación por parte dela opinión pública.

Desventajas

•La biodegradación incompleta puede generarintermediarios metabólicos inaceptables, con un podercontaminante similar o incluso superior al producto departida y algunos compuestos contaminantes son tanresistentes que pueden incluso inhibir abiorremediación.

•Es difícil predecir el tiempo requerido para un procesoadecuado y el seguimiento y control de la velocidad y/oextensión del proceso es dispendioso.

La aplicabilidad de esta técnica depende devarios factores: Propiedades del contaminante (biodegradabilidad).En general, los hidrocarburos alifáticos se degradanrápidamente.Los dobles enlaces hacen la molécula más resistente, asícomo un incremento del número de anillos bencénicos.Las sustituciones químicas también hacen la moléculamás resistente. Presencia de comunidades microbianas adecuadas,

con capacidad enzimática para metabolizar elcompuesto(-s).

Los microorganismos pueden ser autóctonos(biorremediación intrínseca o atenuación) o añadidos alsistema para mejorar la degradación (bioaumentación).

Disponibilidad del contaminante.Para que la degradación de uncontaminante pueda producirse, esnecesario que interaccione con la célula enmedio acuoso.Condiciones del medio contaminado:Propiedades que permiten o limitan elcrecimiento microbiano y el metabolismo delcompuesto. A veces es necesario modificarlas condiciones, por ejemplo, añadiendonutrientes o aireando (bioestimulación).

Biodegradación de hidrocarburos yenfoques metodológicos

Para esta tecnología es imprescindible una aproximación multidisciplinar,en la que la microbiología, la química y la ingeniería tienen un papelimportante.

Actividades microbianas en el proceso de biorremediación

Los microorganimos dotados genéticamente parala degradación pueden utilizar su potencialenzimático para mineralizar (biodegradarcompletamente hasta CO2) algunas familias dehidrocarburos, o bien, simplemente, degradarloshasta productos intermedios, ya sea en unambiente aerobio o anaerobio.

Los procesos suelen tener lugar mediante una granvariedad de interacciones biogeoquímicas entrelos componentes del suelo, el agua, losmicroorganismos y los contaminantes.

Atenuación naturalSe lleva a cabo por los microorganismos

autóctonos, principalmente bacterias, delmedio afectado (Rosenberg y Ron,1996).

En presencia de oxígeno (condicionesaerobias) los microorganismos convertirían enúltima instancia los contaminantes en dióxidode carbono, agua y masa celular microbiana.

En el caso de escasez de oxígeno(condiciones anaeróbicas), losmicroorganismos dependen de otrosaceptores de electrones disponibles (nitrato,sulfato, formas oxidadas de Fe o Mn,...).

BioestimulaciónIntroducción de modificaciones en el

medio, mediante el aporte denutrientes, aireación, ajustes de pH yotros procesos (“biostimulation” o“enhanced bioremediation”).

BioaumentaciónIntroducción de microorganismos

aclimatados o incluso modificadosgenéticamente en el medio, con el finde mejorar la biodegradación (Walter,1997; Atlas y Unterman, 1999).

Funciona en condiciones de laboratorioo biorreactor, pero en ambientesexternos (suelo, agua) su implantacióndepende de una serie de factores:

• El tamaño de la población de microorganismosdegradadores crece rápidamente como respuesta a lacontaminación del medio y es muy difícil, si no imposible,incrementar la población microbiana más allá de esosvalores.• La capacidad de carga de muchos ambientes vienedeterminada por factores tales como la presencia detoxinas, nutrientes y condiciones ambientales, movilidady/o distribución de los microorganismos y la presencia deabundante materia orgánica.• Los microorganismos añadidos deben sobrevivir a losdepredadores y competir con éxito con la poblaciónautóctona antes de ocuparlos nichos potenciales.• En general, los ambientes más selectivos y la utilizaciónde consorcios microbianos favorecen labioaumentación.

APLICACIONESAPLICACIONES

Requerimientos de la biorremediación:

Interrelación de Componentes que Determina el Éxito de Bioremediación

Sustrato (Contaminante)

Medio AmbienteMicroorganismos

(Requisitos Fisiológicos)

Bioaumentaciónañadir

microorganismos

Surfactantes, Cosolventes,

Quelatos

NutrientesN, P,

vitaminas

Aceptores de electrones

O2, NO3-

Factores Ambientales

H2O, T, pH

Donadores de Electrones/Cosustratos

H2/CH4

Procesos de biorremediación