TECNOLOGÍAS DE REMEDIACIÓN BIOLÓGICAS – BIORREMEDIACIÓN

REVISIÓN
Las relaciones de los organismos con su entorno comenzaron desde el origen de la vida y han moldeado a nuestro planeta. Por esto entender el pasado y el futuro evolutivos de la vida en la tierra requiere de una comprensión de la naturaleza de la vida y de los modos en los que ésta ha surgido y evolucionado en el ambiente con sus componentes bióticos y abióticos.

De ésta manera, la mayoría de las comunidades terrestres sufren perturbaciones intermitentemente como: escasez de alimento, sequía, congelamiento/descongelamiento o los resultados de la actividad humana. Estas condiciones ambientales alteradas y los recursos que se liberan crean oportunidades para que se establezcan nuevas especies y por lo tanto nuevas adaptaciones.

Es así como existe organismos capaces de obtener una fuente nutritiva a partir de ciertos contaminantes, lo que implica que ante eventuales desastres ambientales, se pueda contar con organismos vivos como agentes limpiadores del ecosistema.

El término biorremediación refiere el uso de organismos vivos (plantas, hongos, bacterias, etc.) para degradar, transformar o remover compuestos orgánicos tóxicos a productos metabólicos inocuos o menos tóxicos. Esta estrategia biológica depende de las actividades catabólicas de los organismos, y por consiguiente de su capacidad para utilizar los contaminantes como fuente de alimento y energía.

Las rutas de biodegradación de los contaminantes orgánicos, varían en función de la estructura química del compuesto y de las especies microbianas degradadoras. El proceso de biorremediación incluye reacciones de oxido-reducción, procesos de sorción e intercambio iónico, e incluso reacciones de acomplejamiento y quelación que resultan en la inmovilización de metales.

La biorremediación puede emplear organismos propios del sitio contaminado (autóctonos) o de otros sitios (exógenos), puede realizarse in situ o ex situ, en condiciones aerobias (en presencia de oxígeno) o anaerobias (sin oxígeno).

Aunque no todos los compuestos orgánicos son susceptibles a la biodegradación, los procesos de biorremediación se han usado con éxito para tratar suelos, lodos y sedimentos contaminados con hidrocarburos del petróleo (HTP), solventes (benceno y tolueno), explosivos (TNT), clorofenoles (PCP), pesticidas (2,4-D), conservadores de madera (creosota) e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP).

En nuestro país es todo un potencial para la investigación biotecnológica y un desafío para lograr dar soluciones limpias amigables con el ambiente frente a eventuales derrames de hidrocarburos, accidentes de liberación de agentes tóxicos de toda índole entre otras considerando los diferentes sectores que han de hacer un buen uso de ésta biotecnología que poco o nada se aplica. Tomemos en cuenta que existen antecedentes en las cuales por remover agentes contaminantes usando químicos, la solución resultó ser más contaminante. Por lo tanto, es una gran alternativa como estrategia de restauración de ecosistemas afectados, aunque lento pero seguro.

Entre algunas de las técnicas de biorremediación tenemos:

Tecnologías in situ
Las técnicas in situ buscan estimular y crear un ambiente favorable para el crecimiento microbiano a partir de los contaminantes. Este objetivo generalmente puede lograrse con el suministro de aire u oxígeno (bioventeo), nutrientes (bioestimulación), microorganismos (bioaumentación) y/o humedad, además del control de temperatura y pH.

Bioventeo
El bioventeo es una tecnología relativamente nueva, cuyo objetivo es estimular la biodegradación natural de cualquier compuesto biodegradable en condiciones aerobias. El aire se suministra en el sitio contaminado a través de pozos de extracción, por movimiento forzado (extracción o inyección), con bajas velocidades de flujo, con el fin de proveer solamente el oxígeno necesario para sostener la actividad de los microorganismos degradadores.

Aplicaciones. Se utiliza para tratar compuestos orgánicos biodegradables semivolátiles (COS) o no volátiles. Además de favorecer la degradación de contaminantes adsorbidos. Se ha utilizado con éxito para remediar suelos contaminados con HTP, solventes no clorados, pesticidas y conservadores de la madera, entre algunos otros químicos.

Limitaciones. Algunos factores que pueden limitar la efectividad del bioventeo son: (i) el tipo y la concentración del contaminante, (ii) falta de nutrientes; (iii) bajo contenido de humedad y (iv) dificultad para alcanzar el flujo de aire necesario.

Biolabranza
Durante el proceso de biolabranza, la superficie del suelo contaminado es tratado en el mismo sitio por medio del arado. El suelo contaminado se mezcla con agentes de volumen y nutrientes, y se remueve periódicamente para favorecer su aireación. Las condiciones del suelo (pH, temperatura, aireación) se controlan para optimizar la velocidad de degradación y generalmente se incorporan cubiertas u otros métodos para el control de lixiviados. La diferencia entra la biolabranza y el composteo, es que en la biolabranza, se mezcla el suelo contaminado con suelo limpio, mientras que el composteo generalmente se realiza sobre el suelo.

Aplicaciones. Los contaminantes tratados con éxito por biolabranza, incluyen diesel, gasolinas, lodos aceitosos, PCP, creosota y coque, además de algunos pesticidas y http. Es una tecnología de gran escala, que se practica en los Estados Unidos de América, Canadá, Reino Unido, Holanda, Suiza, Dinamarca, Francia y Nueva Zelanda.

Limitaciones. La biolabranza debe manejarse con cuidado para prevenir la contaminación de acuíferos, superficies de agua, aire o en la cadena alimenticia. El mayor problema es la posibilidad de lixiviados de los contaminantes hacia el suelo y el agua. Otra limitante para su utilización, es que por la incorporación de suelo contaminado en suelo limpio, se genera un gran volumen de material contaminado.
No es recomendable su uso para contaminantes diluidos, ni tampoco cuando no todos los contaminantes son biodegradables.


Tecnologías ex situ
Los procesos de biorremediación ex situ, incluyen: (i) procesos de biodegradación en fase de lodos, en donde el suelo se mezcla con agua (para formar un lodo), microorganismos y nutrientes; y (ii) de biodegradación en fase sólida, en donde los suelos colocan en una celda de tratamiento (composteo) o sobre membranas impermeables (biolabranza), en donde se agrega agua y nutrientes.


Biorremediación en fase sólida (composteo)
El composteo es un proceso biológico controlado, por el cual pueden tratarse suelos y sedimentos contaminados con compuestos orgánicos biodegradables, para obtener subproductos inocuos estables. El material contaminado se mezcla con agentes de volumen (paja, aserrín, estiércol, desechos agrícolas), que son sustancias orgánicas sólidas biodegradables, adicionadas para mejorar el balance de nutrientes, así como para asegurar una mejor aireación y la generación del calor durante el proceso. Los sistemas de composteo incluyen tambores rotatorios, tanques circulares, recipientes abiertos y biopilas.
Las pilas estáticas (biopilas) son una forma de composteo en el cual, además de agentes de volumen, el sistema se adiciona con agua y nutrientes, y se coloca en áreas de tratamiento (que incluyen alguna forma de aireación y sistemas para colectar lixiviados). Las pilas de suelo generalmente se cubren con plástico para controlar los lixiviados, la evaporación y la volatilización de contaminantes, además de favorecer su calentamiento.
Aplicaciones. El composteo se ha usado con éxito para remediar suelos contaminados con PCP, gasolinas, HTP, HAP. Se ha demostrado también la reducción, hasta niveles aceptables, en la concentración y toxicidad de explosivos (TNT). El uso de estrategias de composteo, se ha adoptado seriamente hasta los últimos tres a cinco años.
Limitaciones. Algunas limitaciones del proceso son: (i) necesidad de espacio; (ii) necesidad de excavar el suelo contaminado, lo que puede provocar la liberación de COV; (iii) incremento volumétrico del material a tratar y (iv) no pueden tratarse metales pesados.

Biorremediación en fase de lodos (biorreactores)
Los biorreactores pueden usarse para tratar suelos heterogéneos y poco permeables, o cuando es necesario disminuir el tiempo de tratamiento, ya que es posible combinar controlada y eficientemente, procesos químicos, físicos y biológicos, que mejoren y aceleren la biodegradación. Es la tecnología más adecuada cuando existen peligros potenciales de descargas y emisiones.

Uno de los reactores más utilizados para biorremediar suelos es el biorreactor de lodos, en el cual el suelo contaminado se mezcla constantemente con un líquido, y la degradación se lleva a cabo en la fase acuosa por microorganismos en suspensión o inmovilizados en la fase sólida. El tratamiento puede realizarse también en lagunas construidas para este fin o bien en reactores sofisticados con control automático de mezclado.
Aplicaciones. Los biorreactores de lodos aerobios, se utilizan principalmente para tratar HTP, COS no halogenados y COV. Se utilizan también reactores secuenciales de lodos aerobios/anaerobios para tratar BPC, COS halogenados, pesticidas y desechos de artillería.

Limitaciones. Algunos factores que pueden limitar el uso y efectividad de los biorreactores son: (i) el suelo debe tamizarse; (ii) suelos heterogéneos y arcillosos pueden generar problemas de manipulación; (iii) los productos intermediarios pueden ser más tóxicos que el contaminante original (en caso de explosivos o solventes clorados); (iv) los residuos pueden requerir de tratamiento o disposición final.

Referencias
Rosas, I.,A. Cravioto y E. Escurra. 2004. Microbiología Ambiental. INE, México
Volque, T. y J. Velazco. 2002. Tecnologías de remediación para suelos contaminados. INE-SEMARNAT, México.
Imagen: http://www.petroleomagdalena.com/

CULTIVOS DE TRANSGÉNICOS

Consideraciones ambientales y en nutrición
Un transgénico es aquel organismo al cual se le ha incorporado un gen extraño pudiendo ser de otras taxas, obviamente muy distintos a ellos.
Éstos organismos han sido modificados para expresar un gen de interés sea en la industria agrícola, alimentaria, farmacéutica u otros que de manera natural y normal no podrían expresar. Es así como existen ahora maíz y soja resistentes a plagas y herbicidas, de igual manera algodón, arroz con varios nutrientes, salmones de rápido crecimiento y mayor peso, vacas con mayor producción de leche, entre otros.
Sin embargo, existe una discrepancia en lo que respecta al consumo de éstos alimentos, debido a que hasta ahora no se ha demostrado si el consumirlos produce alteraciones en la salud humana, o que sean la gran esperanza para salvar del hambre al mundo. Lo que sí es cierto, es que ya se han producido efectos en el ambiente, en lo que se conoce como erosión genética.
No se puede negar que la biotecnología es una práctica muy antigua, de la cual hemos obtenido alimentos y otros beneficios. Es la ciencia que utiliza organismos para obtener productos de interés. El yogurt por ejemplo, es un alimento que utiliza bacterias para la fermentación de la leche (fermentación láctica) y de ésta manera obtener éste importante alimento; la reproducción en grandes cantidades de microorganismos para obtención de sustancias importantes en la salud como antibióticos, hormonas, etc; reproducción en masa de bacterias en biorreactores para remediar suelos contaminados con hidrocarburos u otros contaminantes, son casos de importantes aportes de la biotecnología al mundo; sin embargo, el punto discordante es la manipulación genética de algunos organismos introduciendo el gen de otros que nunca constituyeron parte de nuestra dieta y quedando la incertidumbre de los efectos en nuestra salud, incluso de nuevas expresiones fenotípicas en el organismo transgénico.
En lo que respecta al mejoramiento genético de plantas, hay dos tipos: el mejoramiento genético convencional, que trata de adaptar cultivos realizando cruces de plantas domesticadas con sus parientes silvestres para que adquieran propiedades particulares y así obtener plantas mejoradas para los diversos tipos de climas e incluso con resistencia al ataque de plagas. Por otro lado está la modificación genética de los organismos, explicado anteriormente, con la inserción de genes específicos para efectos plaguicidas, herbicidas, entre otros.
El mejoramiento genético convencional es una práctica ancestral en el Perú, es por ello que nuestro país posee una gran variedad: 8 especies cultivadas de papas con aproximadamente 4500 cultivares nativos y casi 190 especies sivestres, 51 razas de maíz, entre otros, un trabajo que tomo a los antiguos peruanos cientos de años.
Pero el caso de la promoción de los alimentos transgénicos no viene solo. En realidad, no solamente es un dilema científico y social, también constituye un problema político, debido a los monopolios por la venta de semillas transgénicas en el mundo y los rigurosos contratos que los agricultores deben firmar para hacer uso de las mismas sin derecho alguno de guardar semillas de su producción, y aun accidentalmente haya sembrado transgénicos sin autorización, deberán llegar a acuerdos con la empresa que los produce para no terminar en mayores problemas legales.
Las prácticas más antiguas de mejoramiento de semillas radica en guardar los mejores ejemplares para resembrar, y ser proporcionados de semillas de los parientes o amigos de confianza quienes hayan tenido una buena cosecha. De ésta manera aseguraban (y aún se asegura) la mejora de sus cultivos y producción, práctica que se vería imposibilitada por la inserción de los transgénicos en un determinado lugar, como ya sucede en México.
Quienes defienden y promueven los alimentos transgénicos señalan una serie de beneficios entre los cuales se destaca los altos rendimientos, resistencia a herbicidas y plagas; como beneficios sociales destacan la gran oportunidad que significa para salvar del hambre al mundo. Así también, manifiestan que quienes se oponen, también lo hacen al desarrollo científico del país, que algunos alimentos orgánicos también causan afectos adversos a la salud, entre otros argumentos.
Sin embargo, quienes se oponen, simplemente están aplicando dos principios del derecho ambiental internacional que es el PRECAUTORIO, puesto que no se necesita la existencia real y tangible de un daño en el ambiente y salud humana, si no el simple hecho de la posibilidad de que exista. En más de 10 años de la introducción al mercado de los transgénicos, aseguran no haber tenido mayor efecto en la salud humana, ni enfermedades ni muertes; aunque el tiempo es aún mínimo para determinar finalmente y no habiendo mayores investigaciones científicas al respecto. Y también el principio de PREVENCION, que existiendo certeza de daños ambientales futuros, se podría aplicar medidas tendientes a minimizar o en el mejor de los casos evitar esos efectos. Existe evidencia de la erosión genética del maíz en México, siendo éste el país de origen de la gramínea, contaminándose así todo el material genético natural producido en siglos de adaptaciones y mejoramientos; riesgo que Perú, país de origen de la papa y también con diversidad propia de maíz y otros, correría al impulsarse una política de cultivo de estos OGMs.
Ya varios autores han manifestado que el simple hecho de enriquecer los nutrientes de alimentos con trangenes, no es suficiente para asegurar que es la gran arma de la lucha contra desnutrición y hambre mundial. Es aún más amplio el conjunto de factores por los cuales existe esta penosa realidad, como la falta de vías de acceso y aún el mismo rechazo a los alimentos transgénicod por parte de la sociedad.
Por otro lado, las iniciativas para evitar la entrada de OGMs, ya se vienen dando en el Perú como el proyecto de ley del Congreso de la República que declara al Perú país megadiverso, orgánico y territorio libre de transgénicos; proyecto que seguramente demorará mucho tiempo por los intereses divididos.
Algunos gobiernos regionales como Ayacucho, San Martín y Cuscos se han declarado región libre de transgénicos.
En Ica se ha dado una reciente iniciativa de la sociedad civil para imitar el buen modelo de las regiones anteriormente mencionadas, la cual se encuentra en una fase de recolección de firmas para hacer llegar la propuesta al gobierno regional iqueño y así impulsar los cultivos agroecológicos.
En última instancia, las personas tenemos la libertad de elegir lo que queremos consumir, lo que se ha pretendido con éste ensayo, es dar mayor información con sustento técnico de los pro y contras de una realidad polémica a nivel mundial, considerando enfáticamente la situación de un país como el Perú con alta biodiversidad que no sólo se traduce en especies y ecosistemas, sino también en genes; y en cuestión de nutrición, tenemos alimentos muy ricos que por ignorancia e incluso “complejos”, no se consumen, como el caso de kiwuicha, quinua, cañihua que merecen mayor impulso en la región andina. Productos naturales que debemos incorporar en la dieta diaria junto con muchos otros alimentos de origen vegetal y animal y por lo cual no necesitamos de la introducción de transgénicos para palear los índices de desnutrición en nuestro país.