El papel de los microorganismos en la biorremediación – Una revisión

Introducción

Los microorganismos están ampliamente distribuidos en la biosfera debido a que su capacidad metabólica es muy impresionante y pueden crecer fácilmente en una amplia gama de condiciones ambientales. La versatilidad nutricional de los microorganismos también puede aprovecharse para la biodegradación de contaminantes. Este tipo de proceso se denomina biorremediación. Se continúa a través de la capacidad de ciertos microorganismos para convertir, modificar y utilizar los contaminantes tóxicos con el fin de obtener energía y producción de biomasa en el proceso . En lugar de limitarse a recoger el contaminante y almacenarlo, la biorremediación es una actividad procedimental microbiológica bien organizada que se aplica para descomponer o transformar los contaminantes en formas elementales y compuestas menos tóxicas o no tóxicas. Los biorremediadores son agentes biológicos utilizados para la biorremediación con el fin de limpiar los lugares contaminados. Las bacterias, las arqueas y los hongos son los principales biorremediadores típicos. La aplicación de la biorremediación como proceso biotecnológico en el que intervienen microorganismos para resolver y eliminar los peligros de muchos contaminantes mediante la biodegradación del medio ambiente. Los términos biorremediación y biodegradación son palabras más intercambiables. Los microorganismos actúan como una importante herramienta de eliminación de contaminantes en el suelo, el agua y los sedimentos; sobre todo debido a su ventaja sobre otros protocolos de procedimiento de remediación. Los microorganismos restauran el entorno natural original y evitan una mayor contaminación. El objetivo de la revisión es expresar la tendencia actual de la aplicación/función de los microorganismos en la biorremediación y contribuir con los antecedentes relevantes que se identifican en esta área temática. En la actualidad, es un área de investigación candente porque los microorganismos son ecológicos y prometen un valioso material genético para resolver las amenazas ambientales.

Factores que afectan a la biorremediación microbiana

La biorremediación consiste en degradar, eliminar, alterar, inmovilizar o desintoxicar diversos productos químicos y residuos físicos del medio ambiente mediante la acción de bacterias, hongos y plantas. Los microorganismos intervienen a través de sus vías enzimáticas actúan como biocatalizadores y facilitan el progreso de las reacciones bioquímicas que degradan el contaminante deseado. Los microorganismos actúan contra los contaminantes sólo cuando tienen acceso a una variedad de compuestos materiales que les ayudan a generar energía y nutrientes para construir más células. La eficacia de la biorremediación depende de muchos factores, como la naturaleza química y la concentración de los contaminantes, las características fisicoquímicas del medio ambiente y su disponibilidad para los microorganismos. La razón de la tasa de degradación se ve afectada debido a que las bacterias y los contaminantes no entran en contacto entre sí. Además, los microbios y los contaminantes no se distribuyen uniformemente en el medio ambiente. El control y la optimización de los procesos de biorremediación es un sistema complejo debido a muchos factores. Estos factores son: la existencia de una población microbiana capaz de degradar los contaminantes, la disponibilidad de los contaminantes para la población microbiana y los factores del entorno (tipo de suelo, temperatura, pH, presencia de oxígeno u otros aceptores de electrones y nutrientes).

Factores biológicos

Los factores bióticos afectan a la degradación de los compuestos orgánicos a través de la competencia entre los microorganismos por las fuentes limitadas de carbono, las interacciones antagónicas entre los microorganismos o la depredación de los microorganismos por protozoos y bacteriófagos. La tasa de degradación del contaminante suele depender de la concentración del mismo y de la cantidad de «catalizador» presente. En este contexto, la cantidad de «catalizador» representa el número de organismos capaces de metabolizar el contaminante, así como la cantidad de enzimas producidas por cada célula. La expresión de enzimas específicas por parte de las células puede aumentar o disminuir la tasa de degradación del contaminante. Además, se debe participar en el metabolismo del contaminante con enzimas específicas y su «afinidad» por el contaminante, así como la disponibilidad del mismo. Aquí se incluyen los principales factores biológicos: la mutación, la transferencia horizontal de genes, la actividad enzimática, la interacción (competencia, sucesión y depredación), su propio crecimiento hasta alcanzar la biomasa crítica, el tamaño y la composición de la población.

Factores ambientales

Las características metabólicas de los microorganismos y las propiedades fisicoquímicas de los contaminantes objetivo determinan la posible interacción durante el proceso. Sin embargo, el éxito real de la interacción entre ambos depende de las condiciones ambientales del lugar de la interacción. El crecimiento y la actividad de los microorganismos se ven afectados por el pH, la temperatura, la humedad, la estructura del suelo, la solubilidad en el agua, los nutrientes, las características del lugar, el potencial redox y el contenido de oxígeno, la falta de recursos humanos capacitados en este campo y la biodisponibilidad fisicoquímica de los contaminantes (concentración, tipo, solubilidad, estructura química y toxicidad del contaminante). Los factores mencionados anteriormente determinan la cinética de la degradación. La biodegradación puede ocurrir bajo un amplio rango de pH; sin embargo, un pH de 6,5 a 8,5 es generalmente óptimo para la biodegradación en la mayoría de los sistemas acuáticos y terrestres. La humedad influye en la tasa de metabolismo de los contaminantes porque influye en el tipo y la cantidad de materiales solubles que están disponibles, así como en la presión osmótica y el pH de los sistemas terrestres y acuáticos . La mayoría de los factores ambientales se enumeran a continuación.

Disponibilidad de nutrientes

La adición de nutrientes ajusta el equilibrio de nutrientes esenciales para el crecimiento y la reproducción microbiana, además de tener impacto en la tasa de biodegradación y la eficacia. El equilibrio de nutrientes, especialmente el suministro de nutrientes esenciales como el N y el P, puede mejorar la eficacia de la biodegradación optimizando la relación C: N: P de las bacterias. Para sobrevivir y continuar con sus actividades microbianas los microorganismos necesitan una serie de nutrientes como el carbono, el nitrógeno y el fósforo. En pequeñas concentraciones el grado de degradación de los hidrocarburos también se limita. La adición de una cantidad adecuada de nutrientes es una estrategia favorable para aumentar la actividad metabólica de los microorganismos y, por tanto, la tasa de biodegradación en entornos fríos. La biodegradación en el medio acuático está limitada por la disponibilidad de nutrientes . Al igual que las necesidades nutricionales de otros organismos, los microbios que se alimentan de petróleo también necesitan nutrientes para un crecimiento y desarrollo óptimos. Estos nutrientes están disponibles en el medio natural pero se encuentran en bajas cantidades.

Temperatura

Entre los factores físicos la temperatura es el más importante para determinar la supervivencia de los microorganismos y la composición de los hidrocarburos . En entornos fríos como el Ártico, la degradación del petróleo mediante procesos naturales es muy lenta y somete a los microbios a una mayor presión para limpiar el petróleo derramado. La temperatura bajo cero del agua en esta región hace que los canales de transporte dentro de las células microbianas se cierren o incluso que se congele todo el citoplasma, lo que hace que la mayoría de los microbios oleofílicos sean metabólicamente inactivos. Las enzimas biológicas que participan en la vía de degradación tienen una temperatura óptima y no tendrán el mismo recambio metabólico para cada temperatura. Además, el proceso de degradación de un compuesto específico necesita una temperatura específica. La temperatura también acelera o ralentiza el proceso de biorremediación porque influye en gran medida en las propiedades fisiológicas microbianas. La tasa de actividad microbiana aumenta con la temperatura y alcanza su nivel máximo a una temperatura óptima. La tasa de actividad microbiana aumenta con la temperatura y alcanza su máximo nivel a una temperatura óptima. La tasa de actividad microbiana disminuye repentinamente con el aumento o la disminución de la temperatura y finalmente se detiene después de alcanzar una temperatura específica.

Concentración de oxígeno

Diferentes organismos requieren oxígeno y otros no requieren oxígeno en función de sus necesidades para facilitar la tasa de biodegradación de una mejor manera. La degradación biológica se lleva a cabo en condición aeróbica y anaeróbica, porque el oxígeno es un requerimiento gaseoso para la mayoría de los organismos vivos. La presencia de oxígeno en la mayoría de los casos puede potenciar el metabolismo de los hidrocarburos .

Contenido de humedad

Los microorganismos requieren una cantidad adecuada de agua para lograr su crecimiento. El contenido de humedad del suelo tiene un efecto adverso en los agentes de biodegradación.

PH

El pH del compuesto, que es la naturaleza de acidez, basicidad y alcalinidad del mismo, tiene su propio impacto en la actividad metabólica microbiana y también aumenta y disminuye el proceso de eliminación. La medición del pH en el suelo podría indicar el potencial de crecimiento microbiano. Los valores de pH más altos o más bajos mostraron resultados inferiores; los procesos metabólicos son muy susceptibles a los cambios, incluso leves, en el pH.

Caracterización y selección del sitio

Antes de proponer un remedio de biorremediación se debe realizar un trabajo de investigación suficiente para caracterizar adecuadamente la magnitud y el alcance de la contaminación. Este trabajo debe abarcar, como mínimo, los siguientes factores: determinar por completo la extensión horizontal y vertical de la contaminación, enumerar los parámetros y ubicaciones que se van a muestrear y la justificación de su elección, describir los métodos que se van a utilizar para la adquisición de muestras y los análisis que se van a realizar.

Iones metálicos

Los metales son importantes en pequeña cantidad para las bacterias y los hongos, pero en alta cantidad inhiben la actividad metabólica de las células. Los compuestos metálicos tienen un impacto directo e indirecto en la tasa de degradación.

Compuestos tóxicos

Cuando en altas concentraciones de naturaleza tóxica de algunos contaminantes, pueden crear efectos tóxicos para los microorganismos y ralentizar la descontaminación. El grado y los mecanismos de toxicidad varían con los tóxicos específicos, su concentración y los microorganismos expuestos. Algunos compuestos orgánicos e inorgánicos son tóxicos para las formas de vida objetivo.

Principio de biorremediación

La biorremediación se define como el proceso por el cual los residuos orgánicos se degradan biológicamente bajo condiciones controladas hasta alcanzar un estado inocuo, o hasta niveles inferiores a los límites de concentración establecidos por las autoridades reguladoras. Los microorganismos son adecuados para la tarea de destrucción de contaminantes porque poseen enzimas que les permiten utilizar los contaminantes ambientales como alimento. El objetivo de la biorremediación es animarles a trabajar suministrándoles niveles óptimos de nutrientes y otras sustancias químicas esenciales para su metabolismo con el fin de degradar/desintoxicar las sustancias peligrosas para el medio ambiente y los seres vivos. Todas las reacciones metabólicas están mediadas por enzimas. Éstas pertenecen a los grupos de oxidorreductasas, hidrolasas, liasas, transferasas, isomerasas y ligasas. Muchas enzimas tienen una capacidad de degradación notablemente amplia debido a su afinidad inespecífica y específica por el sustrato. Para que la biorremediación sea eficaz, los microorganismos deben atacar enzimáticamente los contaminantes y convertirlos en productos inocuos. Como la biorremediación sólo puede ser eficaz cuando las condiciones ambientales permiten el crecimiento y la actividad microbiana, su aplicación suele implicar la manipulación de los parámetros ambientales para permitir que el crecimiento y la degradación microbiana se produzcan a un ritmo más rápido.

La biorremediación se produce de forma natural y se fomenta con la adición de seres vivos y fertilizantes. La tecnología de biorremediación se basa principalmente en la biodegradación. Se refiere a la eliminación completa de los contaminantes tóxicos orgánicos en compuestos inofensivos o de origen natural como el dióxido de carbono, el agua, los compuestos inorgánicos que son seguros para la vida humana, animal, vegetal y acuática. Se han dilucidado numerosos mecanismos y vías para la biodegradación de una amplia variedad de compuestos orgánicos; por ejemplo, se completa en presencia y ausencia de oxígeno.

La ventaja de la Biorremediación

Es un proceso natural, que lleva poco tiempo, como un proceso de tratamiento de residuos aceptable para materiales contaminados como el suelo. Los microbios son capaces de degradar el contaminante y aumentan en número cuando el contaminante está presente. Cuando el contaminante se degrada, la población biodegradativa disminuye. Los residuos del tratamiento suelen ser productos inofensivos que incluyen agua, dióxido de carbono y biomasa celular.

Requiere un esfuerzo muy menor y a menudo puede llevarse a cabo in situ, a menudo sin causar una gran interrupción de las actividades normales. Esto también elimina la necesidad de transportar cantidades de residuos fuera del sitio y las amenazas potenciales para la salud humana y el medio ambiente que pueden surgir durante el transporte.

-Se aplica en un proceso rentable ya que perdió menos que los otros métodos convencionales (tecnologías) que se utilizan para la limpieza de residuos peligrosos. Es un método importante para el tratamiento de sitios contaminados por petróleo.

-También ayuda en la destrucción completa de los contaminantes, muchos de los compuestos peligrosos pueden ser transformados en productos inofensivos, y esta característica también elimina la posibilidad de la responsabilidad futura asociada con el tratamiento y la eliminación de material contaminado.

-No utiliza ningún producto químico peligroso. Los nutrientes, especialmente los fertilizantes, se añaden para que el crecimiento microbiano sea activo y rápido. Comúnmente, se utiliza en céspedes y jardines. Debido a la biorremediación cambiar los productos químicos nocivos en el agua y los gases inofensivos, los productos químicos nocivos son completamente destruidos.

-Simple, menos mano de obra y barato debido a su papel natural en el medio ambiente.

-Ecológico y sostenible.

-Los contaminantes son destruidos, no simplemente transferidos a diferentes medios ambientales.

-No intrusivo, permitiendo potencialmente el uso continuo del sitio.

-Facilidad relativa de implementación.

-Modo efectivo de remediar el ecosistema natural de un número contaminado y actuar como opciones amigables con el medio ambiente.

La desventaja de la Biorremediación

-Está limitada a aquellos compuestos que son biodegradables. No todos los compuestos son susceptibles de una rápida y completa degradación.

Existe la preocupación de que los productos de la biodegradación puedan ser más persistentes o tóxicos que el compuesto original.

Los procesos biológicos suelen ser muy específicos. Entre los factores importantes del emplazamiento que se requieren para el éxito se encuentran la presencia de poblaciones microbianas metabólicamente capaces, las condiciones ambientales de crecimiento adecuadas y los niveles apropiados de nutrientes y contaminantes.

Es difícil extrapolar los estudios a escala de laboratorio y piloto a las operaciones de campo a gran escala.

Se necesita investigación para desarrollar y diseñar tecnologías de biorremediación que sean apropiadas para los emplazamientos con mezclas complejas de contaminantes que no están uniformemente dispersos en el medio ambiente. Los contaminantes pueden estar presentes en forma de sólidos, líquidos y gases.

Suele llevar más tiempo que otras opciones de tratamiento, como la excavación y retirada del suelo o la incineración.

•Regulatory uncertainty remains regarding acceptable performance criteria for bioremediation. There is no accepted definition of «clean», evaluating performance of bioremediation is difficult.

Microorganisms and pollutants (Tables 1-5)
Table 1: Microorganisms and Hydrocarbon (organic compound) interaction.
Microorganisms Compound Reference
Penicillium chrysogenum Monocyclic aromatic hydro carbons, benzene, toluene, ethyl benzene and xylene ,phenol compounds
P. alcaligenes P. mendocina and P. putida P. veronii, Achromobacter, Flavobacterium, Acinetobacter Petrol and diesel polycyclic aromatic hydrocarbons toluene
Pseudomonas putida Monocyclic aromatic hydrocarbons, e.g. benzene and xylene.
Phanerochaete chrysosporium Biphenyl and triphenylmethane
A. niger, A. fumigatus, F. solani and P. funiculosum Hydrocarbon
Coprinellus radians PAHs, methylnaphthalenes, and dibenzofurans
Alcaligenes odorans, Bacillus subtilis, Corynebacterium propinquum, Pseudomonas aeruginosa phenol
Tyromyces palustris, Gloeophyllum trabeum, Trametes versicolor hydrocarbons
Candida viswanathii Phenanthrene, benzopyrene
cyanobacteria, green algae and diatoms and Bacillus licheniformis naphtalene
Acinetobacter sp., Pseudomonas sp., Ralstonia sp. and Microbacterium sp, aromatic hydrocarbons
Gleophyllum striatum striatum Pyrene, anthracene, 9- metil anthracene, Dibenzothiophene Lignin peroxidasse
Acinetobacter sp., Pseudomonas sp., Ralstonia sp. and Microbacterium sp, aromatic hydrocarbons
Gleophyllum striatum striatum Pyrene, anthracene, 9- metil anthracene, Dibenzothiophene Lignin peroxidasse
Acinetobacter sp., Pseudomonas sp., Ralstonia sp. and Microbacterium sp, aromatic hydrocarbons
Gleophyllum striatum striatum Pyrene, anthracene, 9- metil anthracene, Dibenzothiophene Lignin peroxidasse
Table 2: Groups of microorganisms important for oil bioremediation.
Microorganisms Compound Reference
Fusariumsp. oil
Alcaligenes odorans, Bacillus subtilis, Corynebacterium propinquum, Pseudomonas aeruginosa oil
Bacillus cereus A diesel oil
Aspergillus niger, Candida glabrata, Candida krusei and Saccharomyces cerevisiae crude oil
B. brevis, P. aeruginosa KH6, B. licheniformis and B. sphaericus crude oil
Pseudomonas aeruginosa, P. putida, Arthobacter sp and Bacillus sp diesel oil
Pseudomonas cepacia, Bacillus cereus, Bacillus coagulans, Citrobacter koseri and Serratia ficaria diesel oil, crude oil
Table 3: Representative examples of most dominate microorganisms in the involvement of dyes bioremadation.
Microorganisms Compound Reference
B. subtilis strain NAP1, NAP2, NAP4 oil-based based paints
Myrothecium roridum IM 6482 industrial dyes
Pycnoporus sanguineous, Phanerochaete chrysosporium and Trametes trogii industrial dyes
Penicillium ochrochloron industrial dyes
Micrococcus luteus, Listeria denitrificans and Nocardia atlantica Textile Azo Dyes
Bacillus spp. ETL-2012, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus pumilus HKG212 Textile Dye (Remazol Black B), Sulfonated di-azo dye Reactive Red HE8B, RNB dye
Exiguobacterium indicum, Exiguobacterium aurantiacums, Bacillus cereus and Acinetobacter baumanii azo dyes effluents
Bacillus firmus, Bacillus macerans, Staphylococcus aureus and Klebsiella oxytoca vat dyes, Textile effluents
Table 4: Microorganisms serve for utilizing heavy metals.
Microorganisms Compound Reference
Saccharomyces cerevisiae Heavy metals, lead, mercury and nickel
Cunninghamella elegans Heavy metals
Pseudomonas fluorescensand Pseudomonas aeruginosa Fe 2+, Zn2+, Pb2+, Mn2+ and Cu2
Lysinibacillus sphaericusCBAM5 cobalt, copper, chromium and lead
Microbacterium profundi strain Shh49T Fe
Aspergillus versicolor, A. fumigatus, Paecilomyces sp., Paecilomyces sp., Terichoderma sp., Microsporum sp., Cladosporium sp. cadmium
Geobacter spp. Fe (III), U (VI)
Bacillus safensis (JX126862) strain (PB-5 and RSA-4) Cadmium
Pseudomonas aeruginosa, Aeromonas sp. U, Cu, Ni, Cr
Aerococcussp., Rhodopseudomonas palustris Pb, Cr, Cd
Table 5: Potential biological agents for pesticides.
Microorganisms Compound Reference
Bacillus, Staphylococcus Endosulfan
Enterobacter Chlorpyrifos
Pseudomonas putida, Acinetobacter sp., Arthrobacter sp. Ridomil MZ 68 MG, Fitoraz WP 76, Decis 2.5 EC, malation
Acenetobactor sp., Pseudomonas sp., Enterobacter sp. and Photobacterium sp. chlorpyrifos and methyl parathion

Heavy metals cannot be destroyed biologically («no degradation», changes occur in the nuclear structure of the element), but only transformed from one oxidation state or organic complex to another. Besides, bacteria are also efficient in heavy metals bioremediation. Microorganisms have developed the capabilities to protect themselves from heavy metal toxicity by various mechanisms, such as adsorption, uptake, methylation, oxidation and reduction. Los microorganismos captan los metales pesados de forma activa (bioacumulación) y/o pasiva (adsorción). La metilación microbiana desempeña un papel importante en la biorremediación de metales pesados, ya que los compuestos metilados son frecuentemente volátiles. Por ejemplo, el mercurio, Hg (II) puede ser biometilado por un número de diferentes especies bacterianas Alcaligenes faecalis, Bacillus pumilus, Bacillus sp., P. aeruginosa y Brevibacterium iodinium a metilmercurio gaseoso.

Tipos de biorremediación

Hay diferentes tipos de tecnologías o técnicas de tratamiento bajo procesos de biorremediación. Los métodos básicos de biorremediación son: Bioestimulación, atenuación, aumento, venteo y pilas.

Bioestimulación

Este tipo de estrategia se vincula a través de la inyección de nutrientes específicos en el sitio (suelo/agua subterránea) para estimular la actividad de los microorganismos autóctonos. Se centra en la estimulación de la comunidad de bacterias y hongos autóctonos o naturalmente existentes. En primer lugar, mediante el suministro de fertilizantes, suplementos de crecimiento y oligoelementos. En segundo lugar, proporcionando otros requisitos ambientales como el pH, la temperatura y el oxígeno para acelerar su tasa de metabolismo y su ruta. La presencia de una pequeña cantidad de contaminante también puede actuar como estimulante al activar los operones de las enzimas de biorremediación. Este tipo de vía estratégica se continúa la mayoría de las veces con la adición de nutrientes y oxígeno para ayudar a los microorganismos autóctonos. Estos nutrientes son los componentes básicos de la vida y permiten a los microbios crear los requisitos básicos, por ejemplo, energía, biomasa celular y enzimas para degradar el contaminante. Todos ellos necesitan nitrógeno, fósforo y carbono.

Bioatenuación

La bioatenuación o atenuación natural es la erradicación de las concentraciones de contaminantes del entorno. Se lleva a cabo mediante procesos biológicos que pueden incluir (biodegradación aeróbica y anaeróbica, absorción por plantas y animales), fenómenos físicos (advección, dispersión, dilución, difusión, volatilización, sorción/desorción) y reacciones químicas (intercambio de iones, complejación, transformación abiótica).Términos como remediación intrínseca o biotransformación se incluyen dentro de la definición más general de atenuación natural.

Cuando el medio ambiente está contaminado con sustancias químicas, la naturaleza puede actuar de cuatro maneras para limpiarlo: 1) Los diminutos bichos o microbios que viven en el suelo y en las aguas subterráneas utilizan algunas sustancias químicas como alimento. Cuando digieren completamente las sustancias químicas, pueden transformarlas en agua y gases inocuos. 2) Las sustancias químicas pueden adherirse o sorberse al suelo, que las mantiene en su sitio. Esto no limpia las sustancias químicas, pero puede evitar que contaminen las aguas subterráneas y salgan del lugar. 3) A medida que la contaminación se desplaza por el suelo y las aguas subterráneas, puede mezclarse con el agua limpia. Esto reduce o diluye la contaminación. 4) Algunos productos químicos, como el aceite y los disolventes, pueden evaporarse, lo que significa que pasan de líquidos a gases dentro del suelo. Si estos gases escapan al aire en la superficie del suelo, la luz solar puede destruirlos. Si la atenuación natural no es lo suficientemente rápida o completa, la biorremediación se verá reforzada por la bioestimulación o la bioaumentación.

Bioaumentación

Es uno de los mecanismos de biodegradación. La adición de microorganismos degradadores de contaminantes (naturales/exóticos/ingenieros) para aumentar la capacidad de biodegradación de las poblaciones microbianas autóctonas en la zona contaminada es un proceso conocido como bioaumentación. Con el fin de aumentar rápidamente el crecimiento de la población de microorganismos naturales y mejorar la degradación que se alimentan preferentemente en el sitio de los contaminantes. Los microbios se recogen en el lugar de la rehabilitación, se cultivan por separado, se modifican genéticamente y se devuelven al lugar. Para convencer, todos los microorganismos esenciales se encuentran allí donde el suelo y las aguas subterráneas están contaminados con etenos clorados, como en el tetracloroetileno y el tricloroetileno. Se utiliza para asegurar que los microorganismos in situ puedan eliminar y alterar totalmente estos contaminantes hasta convertirlos en etileno y cloruro, que no son tóxicos.

La bioaumentación es el proceso de añadir microbios modificados en un sistema que actúan como abiorremediadores para eliminar rápida y totalmente contaminantes complejos. Además, los microorganismos modificados genéticamente están demostrando que pueden aumentar la eficiencia degradativa de una amplia gama de contaminantes ambientales. Debido a que tienen un perfil metabólico diverso para cambiar a productos finales menos complejos e inofensivos. Las especies naturales no son lo suficientemente rápidas para degradar ciertos compuestos, por lo que deben ser modificadas genéticamente a través de la manipulación del ADN; los microbios modificados genéticamente actúan para degradar los contaminantes mucho más rápido que las especies naturales y compiten con las especies autóctonas, los depredadores y también con diversos factores abióticos. Los microorganismos modificados genéticamente han demostrado su potencial para la biorremediación del suelo, las aguas subterráneas y los lodos activados, mostrando una mayor capacidad de degradación de una amplia gama de contaminantes químicos y físicos.

Microorganismos modificados genéticamente (GEMs)

El microorganismo modificado genéticamente es un microorganismo cuyo material genético ha sido cambiado mediante la aplicación de técnicas de ingeniería genética inspiradas en el intercambio genético natural o artificial entre microorganismos. Este tipo de obra artística y procedimiento científico se denomina principalmente tecnología del ADN recombinante. La ingeniería genética ha mejorado la utilización y eliminación de residuos peligrosos no deseados en condiciones de laboratorio mediante la creación de organismos modificados genéticamente. Los organismos vivos recombinantes pueden obtenerse mediante técnicas de ADN recombinante o mediante el intercambio natural de material genético entre organismos. Actualmente son capaces de insertar el gen apropiado para la producción de una enzima particular que puede degradar varios contaminantes.

Los microorganismos modificados genéticamente (GEMs) han demostrado su potencial para aplicaciones de biorremediación en suelos, aguas subterráneas y entornos de lodos activados, mostrando una mayor capacidad de degradación que abarca una amplia gama de contaminantes químicos. Recientemente, se han presentado una serie de oportunidades para mejorar el rendimiento degradativo utilizando estrategias de ingeniería genética. Por ejemplo, se pueden manipular genéticamente los pasos que limitan la velocidad en las vías metabólicas conocidas para obtener mayores tasas de degradación, o se pueden incorporar vías metabólicas completamente nuevas en las cepas bacterianas para la degradación de compuestos previamente recalcitrantes. En las GEM se pueden realizar cuatro actividades/estrategias, a saber (1) modificación de la especificidad y afinidad de las enzimas, (2) construcción y regulación de vías, (3) desarrollo, seguimiento y control de bioprocesos, (4) aplicaciones de sensores de bioafinidad para la detección química, la reducción de la toxicidad y el análisis del punto final. Los genes esenciales de las bacterias se encuentran en un solo cromosoma, pero los genes que especifican las enzimas necesarias para el catabolismo de algunos de estos sustratos inusuales pueden estar en plásmidos. Los plásmidos han sido implicados en el catabolismo. Por lo tanto, los GEMs pueden ser utilizados eficazmente para el propósito de biodegradación y lleva a representar/indicar una frontera de investigación con amplias implicaciones en el tiempo futuro.

Ventaja de los GEMs en la biorremediación: La función principal es acelerar la recuperación de los sitios contaminados por residuos, aumentar la degradación de sustratos, mostrar una alta capacidad catalítica o de utilización con una pequeña cantidad de masa celular, crear condiciones ambientales seguras y purificadas mediante la descontaminación o la neutralización de cualquier sustancia nociva.

Desventajas de los GEMs en la bioremediación: Los principales inconvenientes nunca se llevan a cabo en el procedimiento tradicional, en algunos casos la muerte de las células se suceden, teniendo desafío asociado con su liberación en el entorno, En un nivel particular mostró que el retraso del crecimiento y la degradación del sustrato, la variación estacional y la fluctuación de otros factores abióticos tienen impacto directo e indirecto y la relación en la actividad microbiana; por último, introducido cepa modificada extranjera al sistema conduce a no reaccionar y causar efecto adverso no medible en la composición de la comunidad de microorganismos naturales estructurales y funcionales y ocurrencia.

Bioventilación

La bioventilación consiste en la ventilación de oxígeno a través del suelo para estimular el crecimiento de bacterias y hongos naturales o introducidos en el suelo proporcionando oxígeno a los microorganismos del suelo existentes; de hecho, es funcional en compuestos aeróbicamente degradables. La bioventilación utiliza bajos caudales de aire para proporcionar sólo el oxígeno suficiente para mantener la actividad microbiana. El oxígeno se suministra más comúnmente a través de la inyección directa de aire en la contaminación residual del suelo por medio de pozos. Los residuos de combustible adsorbidos se biodegradan, y los compuestos volátiles también se biodegradan a medida que los vapores se mueven lentamente a través del suelo biológicamente activo. Muchos investigadores han demostrado la eficacia de la biorremediación de suelos contaminados por petróleo mediante la bioventilación.

Biopilas

Las biopilas son una forma de que el suelo excavado contaminado con hidrocarburos remediables aeróbicamente, pueda ser tratado en «biopilas». Las biopilas (también conocidas como biocélulas, bioheaps, biomounds y compost Piles) se utilizan para reducir las concentraciones de contaminantes del petróleo en los suelos excavados durante el tiempo de biodegradación. En este proceso, el aire se suministra al sistema de biopilas durante un sistema de tuberías y bombas que, o bien obliga al aire a entrar en la pila bajo presión positiva, o bien arrastra el aire a través de la pila bajo presión negativa . La actividad microbiana se incrementa a través de la respiración microbiana, entonces el resultado de la degradación de los contaminantes del petróleo adsorbidos se hizo alto.

Conclusión

La biodegradación es una opción muy fructífera y atractiva para remediar, limpiar, gestionar y recuperar la técnica para resolver el medio ambiente contaminado a través de la actividad microbiana. La velocidad de degradación de las sustancias de desecho no deseadas está determinada por la competencia con los agentes biológicos, el suministro inadecuado de nutrientes esenciales, las incómodas condiciones abióticas externas (aireación, humedad, pH, temperatura) y la baja biodisponibilidad del contaminante. Debido a estos factores, la biodegradación en condiciones naturales no es más exitosa, lo que lleva a ser menos favorable. La biorremediación sólo puede ser eficaz cuando las condiciones ambientales permiten el crecimiento y la actividad microbiana. La biorremediación se ha utilizado en diferentes sitios a nivel mundial con diferentes grados de éxito. Principalmente, las ventajas son mayores que las desventajas, lo que es evidente por el número de sitios que eligen utilizar esta tecnología y su creciente popularidad a través del tiempo. Por lo general, se exploran diferentes especies de diferentes sitios y son eficaces en el mecanismo de control.

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