16.6C: La Degradación de Químicos Sintéticos en Suelos y Aguas

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Los microorganismos son participantes cruciales en la desintoxicación del agua y el suelo.

Objetivos de aprendizaje

Distinguir biorremediación de suelo vs agua

Puntos Clave

Las bacterias descomponen la materia orgánica produciendo una serie de enzimas diferentes para reacciones más generales como hidrólisis, acetogénesis y metanogénesis, y enzimas altamente específicas como desoxigenasas que pueden romper compuestos aromáticos.
Las especies bacterianas son asistidas en el proceso de degradación por hongos (p. ej., Aspergillus sp.), protozoos y representantes de Archaea.
Los recientes avances en los campos de la genómica, la proteómica y la bioinformática permiten nuevos conocimientos sobre el tremendo potencial metabólico de los microorganismos.

Términos Clave

biorremediación: El uso de organismos biológicos, generalmente microorganismos, para eliminar contaminantes, especialmente del agua contaminada.
biodisponibilidad: La cantidad de materia que es fisicoquímicamente accesible para la degradación por microorganismos.

Nuestro planeta está contaminado con muchos químicos que son tóxicos para los organismos vivos. Estos químicos son productos o subproductos de diferentes industrias. Ejemplos de tales contaminantes son los bifenilos policlorados (PCB), los hidrocarburos poliaromáticos (HAP), los cloroetenos y las sustancias farmacéuticas. Estos contaminantes pueden causar contaminación peligrosa del aire, el suelo y el agua. Los microorganismos juegan un papel importante en la eliminación de dichos contaminantes del medio ambiente.

Biorremediación de Suelo

El suelo es un importante reservorio de microorganismos y cada gramo contiene alrededor de mil millones de microbios. Los microbios se utilizan para la biorremediación in situ de suelos contaminados. Los microorganismos que pueden eliminar contaminantes del ambiente se denominan biorremediadores. Las contaminaciones suelen ser causadas por una mezcla de contaminantes y la mejor estrategia de limpieza es utilizar un cóctel de diferentes especies ya que cada una de ellas se optimizará para la degradación de un compuesto tóxico específico.

La actividad microbiana generalmente se monitorea en dichos sitios para asegurar condiciones óptimas para el crecimiento bacteriano y, por lo tanto, la degradación. La descomposición de las sustancias tóxicas se puede realizar tanto en presencia (aeróbica) como en ausencia (anaeróbica) de oxígeno. El factor limitante para la biorremediación en suelos es la biodisponibilidad de los agentes contaminantes.

Biorremediación de Agua

El tratamiento de aguas residuales es un proceso crítico para asegurar la purificación de aguas residuales que evitará la contaminación química y microbiológica del medio ambiente, especialmente para los suministros de agua potable. Una parte importante de este proceso es el paso biológico que implica la actividad de los organismos vivos para limpiar el agua de la materia orgánica. Esto sucede en el paso secundario de purificación de aguas residuales. Los microorganismos reducen sustancialmente la concentración de nutrientes que si se liberan en el ambiente pueden provocar un crecimiento excesivo indeseable de microorganismos y algas.

imagen — Figura: **Planta de Tratamiento** de Aguas Residuales: Las plantas de tratamiento de aguas residuales son críticas para disminuir los niveles de contaminantes en el ambiente.

También tienen el potencial de limpiar el agua de componentes tóxicos. La degradación se realiza en las etapas anaeróbica, aeróbica y compostaje. Se permite que la digestión anaeróbica por bacterias continúe durante casi dos semanas para garantizar el tiempo suficiente para completar el proceso. Durante este tiempo, la materia orgánica sufre cuatro transformaciones enzimáticas diferentes: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis. Los productos finales son agua, dióxido de carbono y metano. En la etapa aeróbica, se agrega oxígeno al sistema y la materia orgánica se convierte en dióxido de carbono. En la etapa de compostaje, se agregan fuentes de carbono adicionales para ayudar a las etapas finales de degradación.

En los últimos años, los avances en genómica, proteómica y estudios bioinformáticos de microorganismos ambientales han revelado un tremendo potencial en las vías metabólicas.

Dichos estudios mostraron que Burkholderia xenovorans LB400 y Rhodococcus sp. cepa RHA1, han evolucionado vías para degradar compuestos aromáticos, los cuales son algunos de los contaminantes más duros de eliminar. Las bacterias tienen genes que codifican desoxigenasas para abrir las estructuras de anillos aromáticos de estos químicos.

Durante mucho tiempo se creía que los hidrocarburos y sus derivados se degradaban solo en presencia de oxígeno. Esto a menudo conduciría al agotamiento de oxígeno en ambientes muy contaminados con petróleo. Estudios realizados en los últimos años han demostrado que existen numerosas especies bacterianas anaerobias capaces de descomponer este grupo de contaminantes. Una característica común entre estas bacterias es que poseen deshalogenasas reductoras.

Las especies bacterianas son asistidas en el proceso de degradación por hongos (p. ej., Aspergillus sp.), protozoos y representantes de Archaea. El papel principal de los hongos es secretar numerosas enzimas extracelulares que descomponen las moléculas complejas en sus componentes y las ponen fácilmente disponibles para la comunidad bacteriana.

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