Las actividades industriales actuales han repercutido en un incremento exponencial de la producción, especialmente en los ámbitos agrícola, de la salud, alimenticio, energético, textil y de la construcción, generando una liberación y descarga incontrolada de contaminantes al ambiente, en especial, compuestos xenobióticos (pesticidas, fertilizantes, metales pesados, subproductos farmacéuticos y desinfectantes), lo que eventualmente conduce a la contaminación ambiental (tierra, aire y agua) alterando nocivamente su pureza o condiciones normales, lo que podría desembocar en daños irreversibles no solo para la naturaleza, sino para nosotros mismos.
Partiendo de esta visión, es hoy más urgente que nunca el empleo de técnicas de remediación, para minimizar o contrarrestar el efecto de dichos contaminantes. De manera convencional, se han empleado métodos fisicoquímicos para erradicarlos. No obstante, estos presentan limitaciones como costos elevados, ineficiencia, y generación de subproductos, siendo necesario el desarrollo de una nueva metodología rentable, efectiva y menos dañina denominada biorremediación, la cual implica el uso de sistemas biológicamente asistidos cuyo objetivo es transformar una alteración por lo general nociva para un sistema ambiental. Este avance biotecnológico, fue demostrado por los aportes del científico George Robinson en 1960, al emplear microorganismos en la descontaminación de agua con hidrocarburos.
En la actualidad, se pueden diferenciar numerosos tipos de biorremediación, entre ellos: biorremediación bacteriana, enzimática, ficorremediación (microalgas), fitorremediación (plantas), micorremediación (hongos) y vermirremediación (lombrices), cuya finalidad se centra en incorporar contaminantes en sus procesos metabólicos y utilizarlos como fuente de energía o alimento y así degradarlos.
A pesar de su eficacia, ciertas complejidades asociadas a los sistemas biológicos y las dificultades económicas y técnicas en su implementación a gran escala son los mayores obstáculos para su ejecución efectiva más allá del laboratorio.
Una estrategia clave para contrarrestar ese déficit es el empleo de técnicas moleculares a través de metodologías de biología sintética (SynBio) e ingeniería metabólica (ME), cuya importancia deriva en el uso de genes y enzimas específicos, extraídos de microorganismos con potencial de biorremediación, generando consorcios de comunidades microbianas sintéticas sostenibles.
Para ello, se han aislado y caracterizado varios microorganismos sometidos a diferentes procesos de estrés ambiental, y con capacidad de resistir dichos factores estresores. Sus genes, encargados de los procesos de digestión de compuestos nocivos, se han clonado en otros microorganismos utilizados como vector por sus rápidos ciclos de replicación.
Algunos de estos recursos sintéticos incluyen el uso de microorganismos extremófilos (aquellos que toleran condiciones extremas como temperaturas muy altas o pH muy ácido) debido a su actividad enzimática adaptativa. Por mencionar, bacterias halófilas (afines a altas concentraciones de sal en el ambiente) con capacidad para degradar hidrocarburos aromáticos policíclicos y petróleo de aguas residuales altamente salinas. Ejemplo de ellos son las microalgas termo tolerantes de la especie Galdieria sulphuraria en combinación con bacterias heterótrofas ( es decir, bacterias que utilizan carbono orgánico como fuente de alimento en lugar de fuentes de carbono inorgánico) para remediar el amonio y los fosfatos de los sistemas de aguas residuales. Esto proporciona una producción de biocombustible, y el descubrimiento y caracterización de enzimas novedosas como las dioxigenasas en la degradación xenobiótica.
Para su implementación se han establecido dos mecanismos de acción:
1. Biosensores genéticos: responden a la presencia de contaminantes orgánicos conformado por un biorreceptor: material biológico inmovilizado y un transductor: detector de la señal bioquímica. Su alto rendimiento otorga la capacidad de responder y detectar concentraciones contaminantes muy bajas y diferenciar entre compuestos estrechamente relacionados o muy similares. Las bacterias Geobacter sulfurreducens y Shewanella oneidensis, tienen la capacidad de formar una base de pilas de combustible microbianas (MFC), generando corriente eléctrica a partir de la degradación de contaminantes orgánicos, este voltaje se utiliza para degradar la presencia de p-nitrofenol en aguas residuales industriales y biomonitoreo continuo de cobre de efluentes de minas.
2. Orgánulos artificiales: responden a la presencia de contaminantes inorgánicos, estos orgánulos controlan ciertos procesos celulares de los microorganismos como sobrevivencia y reproducción en condiciones ambientales al modificar su composición genética y optimizar la captura de moléculas contaminantes.
Un estudio reciente ha dirigido satisfactoriamente proteínas en un microcompartimento bacteriano artificial, incentivando la incorporación de proteínas que puedan unir metales específicos dentro de orgánulos artificiales, lo que permite la acumulación aumentada de metales específicos.
El interés creciente de sistemas biológicos sintéticos en el campo de la biorremediación es notable, debido a su alta especificidad permitiendo sin duda, avanzar en la detección y control de varios contaminantes en diversos ecosistemas, siendo pertinente una legislación medioambiental que impulse su implementación y estudio para su comprobación en base científica con el fin de consolidar procesos alternativos de biorremediación especializadas fortaleciendo la bioeconomía del país.
Fuentes consultadas:
Agrawal, K., Bhatt, A., Chaturvedi, V., & Verma, P. (2020). Bioremediation: an effective technology toward a sustainable environment via the remediation of emerging environmental pollutants. Environmental Bioremediation, 165-196. DOI:10.1016/b978-0-12-819860-5.00007-9.
Bhattacharjee, G., Gohil, N., & Singh, V. (2020). Synthetic biology approaches for bioremediation. Bioremediation of pollutants, 303-312.DOI:10.1016/B978-0-12-819025-8.00014-4.
Dangi, A. K., Sharma, B., Hill, R. T., & Shukla, P. (2018). Bioremediation through microbes: systems biology and metabolic engineering approach. Critical Reviews in Biothecnology, 39(1), 79-98. DOI: 10.1080/07388551.2018.1500997.
Jaiswal, S., & Shukla, P. (2020). Alternative Strategies for Microbial Remediation of Pollutants via Synthetic Biology. Frontiers in Microbiology, (11) 808. DOI: 10.3389/fmicb.2020.00808.
Rylott, E. L., & Bruce, N. C. (2020). How synthetic biology can help bioremediation. Current Opinion in Chemical Biology, 86-95. DOI:10.1016/j.cbpa.2020.07.004.
コメント