la biorremediación de ambientes costeros contaminados

LA BIORREMEDIACIÓN DE AMBIENTES
COSTEROS CONTAMINADOS CON
HIDROCARBUROS
Mariana Lozada, Magalí Marcos y Hebe Dionisi
Laboratorio de Microbiología Ambiental
Centro Nacional Patagónico (CENPAT-CONICET)
2013
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Biorremediación de Ambientes Costeros
TABLA DE CONTENIDOS
Página
PREFACIO.......................................................................................................................i
AGRADECIMIENTOS.................................................................................................ii
GLOSARIO....................................................................................................................iii
1- ¿QUÉ SON LOS HIDROCARBUROS? ...............................................................
3
2- ¿CÓMO LLEGAN LOS HIDROCARBUROS AL MAR? …………………...... 5
3- ¿QUÉ ACTIVIDADES PUEDEN INTRODUCIR HIDROCARBUROS
EN LA COSTA PATAGÓNICA? .........................................................................
6
4- ¿CÓMO AFECTAN LOS HIDROCARBUROS AL ECOSISTEMA
MARINO? .................................................................................................................. 10
5- ¿QUÉ EFECTO TIENEN LOS COMPONENTES DEL PETRÓLEO
SOBRE LA SALUD DE LA POBLACIÓN? ....................................................... 13
6- ¿CUÁL ES LA RESPUESTA INMEDIATA ANTE UN DERRAME
IMPORTANTE DE PETRÓLEO? ......................................................................... 16
7- ¿QUÉ OCURRE CON EL PETRÓLEO UNA VEZ QUE LLEGA AL MAR? 20
8- ¿QUÉ ROL TIENEN LOS MICROORGANISMOS EN LOS
PROCESOS NATURALES DE RESTAURACIÓN AMBIENTAL?............ 21
9- ¿QUÉ SE CONOCE DE LOS MICROORGANISMOS QUE
DEGRADAN HIDROCARBUROS EN LA COSTA PATAGÓNICA? ....... 26
10- ¿CUÁLES SON LAS PRINCIPALES DIFERENCIAS ENTRE UN
AMBIENTE PRÍSTINO, UNO CRÓNICAMENTE CONTAMINADO
Y UNO IMPACTADO POR UN DERRAME DE PETRÓLEO? ................... 47
11- ¿QUÉ SON LAS TECNOLOGÍAS DE BIORREMEDIACIÓN? .................... 50
12- ¿QUÉ TIPO DE ANÁLISIS DEBEN REALIZARSE EN EL SITIO
CONTAMINADO? ................................................................................................... 52
13- ¿CÓMO SE DECIDE QUÉ TECNOLOGÍA UTILIZAR? ................................. 62
14. CONCLUSIONES....................................................................................................... 69
15- REFERENCIAS.......................................................................................................... 70
ANEXO: METODOLOGÍAS DE ESTUDIO DE LOS
MICROORGANISMOS AMBIENTALES ................................................. 90
Foto de la portada: Caleta Córdova, Chubut, Argentina, 105 días luego del
derrame de petróleo de Diciembre de 2007 (Fuente: los autores).
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Biorremediación de Ambientes Costeros
PREFACIO
Este libro está dirigido al público en general, con algo de conocimientos sobre
las ciencias biológicas adquiridos en la escuela media. Estudiantes de este nivel
educativo, estudiantes de carreras terciarias y universitarias e integrantes de las
oficinas de gobiernos interesados en esta temática fueron nuestra inspiración para la
selección de los temas tratados y para intentar hacer comprensible una temática que
a menudo puede resultar compleja. Nuestro objetivo para escribir este libro fue
difundir la problemática asociada con la contaminación de hidrocarburos en
ambientes costeros, en particular en la zona patagónica. Una de las principales
fuentes de impacto ambiental en las costas de la Patagonia es la contaminación por
hidrocarburos producto de las actividades de extracción y transporte de petróleo,
actividad económica de gran importancia para la región. Además, existe un impacto
sobre las zonas portuarias debido a las actividades de los buques de pesca, de
carga y de turismo. La contaminación crónica producto de estas actividades, y
accidentes de importante magnitud que pueden registrarse como consecuencias de
las mismas pueden producir daños en la salud de la población y del medio ambiente.
Este daño puede afectar a otras actividades de gran importancia para la economía
de la región, basadas en el turismo regional.
La transferencia de conocimientos a la sociedad es el último eslabón de la
cadena del conocimiento científico, el cual es generado mayormente con fondos
públicos. De esta manera, estos conocimientos vuelven a la comunidad, de forma de
que puedan ser aprovechados directamente por el sector público, o ser incorporados
al saber social. En el caso de la temática tratada en este libro, la opinión pública
tiene a menudo un rol clave (o debería tenerlo) en la toma de decisiones para la
limpieza de los sitios contaminados. En consecuencia, resulta imprescindible que
estos conocimientos lleguen a la población, para que ésta pueda tomar decisiones
informadas basadas en la comprensión de los efectos y posibles soluciones del
problema. Una población informada redunda en el bienestar común. Por otra parte,
los estamentos del gobierno habitualmente recurren a los científicos en el caso de
un derrame. En este caso, una comprensión sobre la temática colaborará en un
mejor diálogo entre ambos sectores, también favoreciendo la más rápida resolución
de la crisis ambiental.
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Biorremediación de Ambientes Costeros
Organizamos el libro en base a los distintos aspectos que deben tomarse en
cuenta ante un ambiente contaminado. Planteamos trece preguntas que intentamos
contestar aportando información no sólo precisa sino también sencilla de
comprender. A partir de estas preguntas, informamos sobre qué son los
hidrocarburos, cómo llegan hasta el ambiente marino, qué problemas pueden
generar, qué pasa con los hidrocarburos una vez que llegan al ambiente y cuál es el
rol de los microorganismos en su desaparición, qué tecnologías pueden utilizarse
para acelerar el proceso natural y qué herramientas químicas y microbiológicas
suelen utilizarse en el ambiente contaminado.
Un punto que nos pareció esencial tratar con profundidad es sobre las
investigaciones realizadas en la costa patagónica. Si bien todos estos estudios están
publicados en revistas científicas, la mayoría de ellos se encuentran en idioma inglés
y en revistas que no son de acceso gratuito. Por ello, realizamos un trabajo de
revisión que incluyó no sólo a las investigaciones generadas en el Laboratorio de
Microbiología Ambiental del Centro Nacional Patagónico (CENPAT-CONICET) al
cual pertenecemos, sino también a otros grupos de investigación trabajando en esta
problemática, con objetivos y áreas de estudio altamente complementarios, y a
menudo generando colaboraciones. También decidimos incluir un anexo explicando
las metodologías habitualmente utilizadas para realizar estos estudios, ya que esta
información resulta esencial para comprender la complejidad de los mismos y las
limitaciones impuestas por la metodología utilizada. Podrán encontrar más
información sobre las actividades de nuestro laboratorio en nuestra página web,
donde
también
se
encuentra
la
información
de
contacto:
www.cenpat.edu.ar/fisicambien/LabMicroAmb.htm.
Mariana Lozada, Magalí Marcos y Hebe Dionisi
Laboratorio de Microbiología Ambiental
Centro Nacional Patagónico (CENPAT-CONICET)
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Biorremediación de Ambientes Costeros
AGRADECIMIENTOS
Queremos agradecer al Fondo Editorial de la Provincia del Chubut, República
Argentina, por su apoyo para la publicación de este libro. Este trabajo fue redactado
en el marco de un proyecto de investigación financiado por la Secretaría de Ciencia,
Tecnología e Innovación de la Provincia del Chubut, la cual siempre ha valorado que
nuestras propuestas contengan un importante componente de transferencia del
conocimiento científico. El Concejo Nacional de Investigaciones Científicas y
Técnicas de la Argentina (CONICET) también ha tenido un rol clave para el
desarrollo de este trabajo, ya que ha estado presente en las distintas etapas de la
carrera de las autoras y financian al Centro Nacional Patagónico (CENPATCONICET). También quisiéramos agradecer a todas las instituciones públicas o
privadas que han hecho posible las investigaciones en nuestro laboratorio:
CONICET, Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, Secretaría de
Ciencia, Tecnología e Innovación de la Provincia del Chubut, Blacksmith Institute,
Departamento de Energía de los Estados Unidos, Centro Argentino Brasileño de
Biotecnología, PADI Foundation, Fundación Antorchas, GEF (Global Environment
Facility) Patagonia y Fondo Editorial Provincial (Chubut).
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Biorremediación de Ambientes Costeros
GLOSARIO
Anfípodos: Pequeños crustáceos. Muchas de las especies descriptas son marinas,
aunque también pueden ser de ambientes de agua dulce, o terrestres.
Anóxico: Que presenta una baja concentración de oxígeno disuelto.
ARNr 16S: El ARNr (ARN ribosomal) es una molécula que forma parte de los
ribosomas, los cuales están encargados de la síntesis de proteínas en un ser
vivo. Se encuentra presente en todos los organismos, y el estudio de los
genes que la codifican permite conocer las relaciones evolutivas entre los
mismos. El ARNr 16S forma parte de la subunidad menor de los ribosomas en
los organismos procariotas (bacterias y arqueas).
Asfaltenos: Compuestos polares de alto peso molecular que forman parte del
petróleo crudo.
Benceno: Hidrocarburo monoaromático, de fórmula molecular C6H6.
Bentónico: Referente al fondo de ecosistemas acuáticos (bentos).
Bioacumulación: Proceso de acumulación de compuestos químicos (tales como
hidrocarburos o metales pesados) dentro de los organismos vivos. A causa de
la bioacumulación, es posible encontrar concentraciones de estas sustancias
más altas en los tejidos de algunos organismos que en el medio ambiente.
Biodegradable: Que puede ser degradado por organismos vivos.
Biodiversidad/Diversidad biológica: Variedad y abundancia de especies en el sitio
de estudio. La diversidad biológica tiene dos componentes: la riqueza
(número total de especies) y la equitatividad, (relación entre las abundancias
relativas de cada una de estas especies).
Biofilm: Forma de crecimiento bacteriano en el que las células crecen unidas a una
superficie y embebidas en una matriz producida por ellas mismas.
Biología molecular: Es la disciplina científica que tiene como objetivo el estudio de
los procesos que se desarrollan en los seres vivos desde un punto de vista
molecular. Se realiza mediante el estudio de la estructura, función y actividad
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Biorremediación de Ambientes Costeros
de las macromoléculas esenciales para la vida (ácidos nucleicos, lípidos,
proteínas).
Biomasa: Materia total de seres vivos.
Biomoléculas: Son las moléculas constituyentes de los seres vivos. Pueden ser
inorgánicas (agua, sales minerales) u orgánicas (lípidos, azúcares, ácidos
nucleicos, proteínas).
Bioprospección: Exploración de la biodiversidad con el propósito de obtener
recursos genéticos y bioquímicos de valor comercial.
Biorremediación: Explotación de actividades biológicas, generalmente de los
microorganismos, para detoxificar o remover contaminantes de un ambiente.
Biosurfactantes: Moléculas tensoactivas producidas por seres vivos, las que
pueden ser utilizadas para distintas aplicaciones biotecnológicas entre las que
se encuentra la biorremediación de sitios contaminados con hidrocarburos.
Biotecnología: Utilización de organismos vivos para obtener un bien o servicio útil
para el hombre.
Clonado: Técnica molecular que permite aislar genes específicos o fragmentos de
ADN. La técnica consiste en unir el gen de interés a un vector de clonación
(por ejemplo un plásmido) e introducirlo en un organismo hospedador donde
pueda replicarse.
Comunidad microbiana: Ensamble de microorganismos de múltiples especies que
conviven en un mismo tiempo y espacio e interactúan entre sí.
Consorcio microbiano: Asociación de dos o más poblaciones microbianas de
diferentes especies que actúan conjuntamente, donde todos se benefician de
las actividades de los demás, por ejemplo llevando a cabo los distintos pasos
de la degradación de un compuesto químico.
Cuencas petrolíferas: Zonas geológicamente favorables para la producción y
acumulación de hidrocarburos. Actualmente, Argentina cuenta con cinco
cuencas petrolíferas productivas.
Cultivo: Técnica microbiológica que permite aislar y multiplicar microorganismos
para poder ser estudiados individualmente. Consiste en proporcionar a los
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Biorremediación de Ambientes Costeros
microorganismos de una solución de nutrientes (denominada medio de
cultivo) que permita su crecimiento. Las técnicas dependientes del cultivo de
microorganismos permiten estudiar las capacidades metabólicas de las cepas
de interés en forma aislada. Sin embargo, la mayoría de los microorganismos
aún no han podido ser cultivados en el laboratorio, en parte debido a que las
condiciones de los medios de cultivo difieren mucho de las características de
su entorno natural. En estos casos, es necesario recurrir a las técnicas
independientes del cultivo de microorganismos.
Cultivo de enriquecimiento: Selección de microorganismos específicos a partir de
muestras naturales mediante el uso de medios de cultivo y condiciones de
incubación que favorezcan el crecimiento de un solo tipo o grupo de
microorganismos.
DGGE: Siglas de Denaturing Gradient Gel Electrophoresis, o electroforesis en gel
con gradiente de desnaturalización. Técnica molecular basada en la
separación de fragmentos de ADN de similar longitud pero de distinta
secuencia de nucleótidos. Los fragmentos de ADN con distinta secuencia de
nucleótidos
migrarán
en
forma
diferencial
gracias
al
gradiente
desnaturalizante del gel, lo que permite su separación.
Dioxigenasas: Enzimas que participan en el primer paso de la ruta degradativa
aeróbica de algunos hidrocarburos. Los genes que codifican a estas enzimas
suelen ser estudiados cuando se desea conocer el potencial que presenta la
comunidad microbiana de un sitio contaminado para degradar estos
compuestos.
Dispersantes químicos: Compuestos químicos que disgregan la emulsión de
petróleo en pequeñas gotas, favoreciendo su degradación por parte de los
microorganismos. Actualmente, su utilización es controversial debido a que
muchos de estos compuestos son tóxicos por si mismos o al combinarse con
los hidrocarburos.
Ecorregión marina: Área con una composición de especies relativamente
homogénea y diferente a la composición que presentan sistemas adyacentes.
Estructura de la comunidad: Propiedad de la comunidad que consiste en su
composición de especies y sus abundancias relativas.
8
Biorremediación de Ambientes Costeros
Fase exponencial de crecimiento: Etapa del crecimiento de un microorganismo en
la cual el número de células se duplica a períodos constantes de tiempo.
Gen: Fragmento de ADN que codifica para una proteína (vía ARNm), un ARNt o un
ARNr.
Gen biomarcador: Gen que se encuentra asociado a una actividad de interés, y por
lo tanto es elegido como blanco de estudios moleculares.
Género: Nivel taxonómico ubicado entre los niveles de familia y especie. Bajo un
mismo género se agrupa un conjunto de especies que comparten una o más
propiedades.
Genoma: Conjunto de todos los genes de un organismo.
Hidrocarburos: Compuestos orgánicos formados por átomos de carbono e
hidrógeno. Son los compuestos predominantes que constituyen el petróleo
crudo.
Hidrocarburos alifáticos: Hidrocarburos no derivados del benceno. Pueden
encontrarse formando cadenas lineales, ramificadas o formando estructuras
cíclicas.
Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs): hidrocarburos que presentan dos
o más anillos bencénicos fusionados en arreglos lineales, angulares, o
agrupados.
Intemperización: Cambios físicos, químicos y biológicos que sufre el petróleo
inmediatamente después de ser liberado al medio ambiente marino, y que
alteran la composición química y las propiedades físicas de los hidrocarburos
derramados.
Intermareal: Zona de la costa que queda sumergida durante la pleamar y expuesta
en bajamar.
Marcador filogenético: Gen que brinda información sobre la posición filogenética
(relación evolutiva con otros organismos) de los organismos en estudio. El
marcador filogenético más comúnmente utilizado es el gen que codifica al
ARNr 16S en procariotas, o 18S en eucariotas.
9
Biorremediación de Ambientes Costeros
Metagenómica: Disciplina que estudia los genomas de todos los organismos de una
comunidad.
Olefinas: Hidrocarburos alifáticos del petróleo que presentan dobles enlaces
(alquenos).
PCR: Siglas de Polymerase Chain Reaction, o reacción en cadena de la polimerasa.
Técnica de biología molecular que permite multiplicar el número de copias de
un gen in vitro. La PCR hace uso de la enzima Taq polimerasa, la cual copia
las moléculas de ADN en cada ciclo de la reacción.
Población microbiana: Subconjunto de la comunidad microbiana que comprende a
todos los organismos de una misma especie, subespecie o variedad.
qPCR (PCR cuantitativa): Técnica que surge como una modificación a la PCR
tradicional para poder estimar la abundancia inicial de un gen en una muestra.
Redundancia funcional: Propiedad emergente de una comunidad, gracias a la cual
distintos taxa son capaces de llevar a cabo una misma función.
Resinas: Compuestos polares del petróleo que tienen un bajo peso molecular.
Riqueza de especies: Número total de especies presentes en una comunidad.
Secuenciación: Técnica que permite obtener el orden de los nucleótidos en un
fragmento de ADN.
Sedimentos: Material orgánico e inorgánico que se encuentra en el fondo de un
cuerpo de agua.
10
Biorremediación de Ambientes Costeros
1- ¿QUÉ SON LOS HIDROCARBUROS?
El petróleo crudo
El petróleo crudo es una mezcla natural muy compleja, compuesta mayormente
por hidrocarburos, es decir, compuestos químicos formados únicamente por átomos
de carbono e hidrógeno [10]. Tanto la composición como las propiedades físicas del
petróleo varían de acuerdo al sitio de donde éste se extrae. Los compuestos más
abundantes del petróleo son los hidrocarburos alifáticos (Figura 1, izquierda), que en
promedio representan el 58% de la mezcla. Estos compuestos pueden estar
presentes en forma de cadenas lineales, ramificadas o formando estructuras cíclicas
(cicloalcanos o naftenos) [85]. Los hidrocarburos aromáticos, que constituyen en
promedio el 28% del petróleo crudo, les siguen en abundancia y se caracterizan por
presentar al menos un anillo bencénico. De acuerdo al número de anillos que
presenten las moléculas, estos compuestos se dividen en monoaromáticos (Figura
1, centro) y poliaromáticos, también denominados hidrocarburos aromáticos
policíclicos o HAPs (Figura 1, derecha). Aproximadamente el 14% de las moléculas
que constituyen el petróleo crudo son compuestos polares, que contienen átomos de
nitrógeno, oxígeno y/o azufre. Los compuestos polares más pequeños son
conocidos como resinas, y los de mayor peso molecular son denominados
asfaltenos [12].
Figura 1. Estructura molecular de un hidrocarburo alifático (octano, izquierda),
monoaromático (benceno, centro) y poliaromático (pireno, derecha). Los átomos
de carbono se indican en verde, y los de hidrógeno, en blanco. Fuente: Biblioteca
de moléculas, NYU (www.nyu.edu/pages/mathmol/library).
11
Biorremediación de Ambientes Costeros
Los combustibles refinados del petróleo
Para
poder
combustible
derivados,
u
el
ser
utilizado
otros
petróleo
como
productos
crudo
es
sometido a un proceso de refinado. Uno
de los procesos llevados a cabo durante
el refinado es la destilación fraccionada,
en la cual los distintos componentes del
petróleo se separan en fracciones
utilizando sus distintos puntos de
Figura 2. Refinería Buenos Aires, Shell
Compañía Argentina de Petróleo S.A.
ebullición [50].
Fuente: http://cointec.wordpress.com
La proporción de los distintos hidrocarburos (saturados, aromáticos, resinas,
asfaltenos, olefinas) varía en los distintos productos derivados del petróleo crudo.
Los principales productos que se pueden obtener por destilación del petróleo crudo
se detallan en la Tabla 1.
Tabla 1. Productos refinados del petróleo
Producto
Composicióna
Uso
Gas natural
C1 – C4
Combustible doméstico e industrial
Éter de petróleo
C5 – C7
Solvente
Gasolina
C5 – C9
Combustible para autos
Nafta
C9 – C10
Kerosene
C10 – C16
Combustible de aviones, estufas
Diesel
C15 – C18
Combustible para automotores
Fuel oil
C17 – C30
Combustible para barcos e industrias
Lubricantes
C17 – C20
Lubricantes
Parafinas
C20 – C28
Fabricación de velas, betún
Asfalto
≥ C30
Construcción de rutas
Solvente de pinturas, combustible para
autos
aLa
composición de cada fracción se indica como la cantidad aproximada de
átomos de carbono que contiene la mezcla. Tabla modificada de [50]
12
Biorremediación de Ambientes Costeros
2- ¿CÓMO LLEGAN LOS HIDROCARBUROS AL MAR?
Se estima que aproximadamente 1,3 millones de toneladas de petróleo ingresan
anualmente al medio ambiente marino, tanto a partir de filtraciones de origen natural
como de fuentes de origen antropogénico [12]. Las filtraciones naturales constituyen
aproximadamente la mitad de este volumen, y ocurren cuando el petróleo crudo
emana naturalmente desde los estratos geológicos. Las fuentes de origen
antropogénico se encuentran principalmente asociadas a actividades de extracción,
transporte y consumo de petróleo, y pueden incluir tanto derrames de petróleo crudo
como de combustibles refinados [12]. Si bien los grandes derrames de petróleo
crudo concentran la atención pública, representan sólo 1/8 de los hidrocarburos que
son volcados al ambiente [109]. Sin embargo, al tratarse de incidentes puntuales en
donde se liberan grandes volúmenes de petróleo en un corto espacio de tiempo,
generalmente ocasionan graves consecuencias para el ecosistema costero [55,
106]. En cambio, la contaminación crónica por hidrocarburos es la que se encuentra
más extendida, en particular en cercanías de los puertos. Este tipo de contaminación
se caracteriza por la ocurrencia de pequeños derrames producidos durante las
operaciones de los barcos, a menudo como consecuencia de violaciones del
Convenio Internacional para Prevenir la Contaminación por los Buques (MARPOL,
www.pfri.uniri.hr/~rudan/MARPOL.pdf). Debido a la baja solubilidad en agua y a la
alta persistencia de muchos de estos compuestos, los niveles de contaminación por
hidrocarburos alcanzados en sedimentos crónicamente expuestos a estos derrames
pueden ser elevados [70].
¿QUÉ ES UN SEDIMENTO?
Se define como sedimento al material orgánico e inorgánico que se
encuentra en el fondo de un cuerpo de agua. Puede estar constituido en
distintas proporciones por arena, arcilla, grava, conchillas, material
orgánico en descomposición, entre otros materiales.
13
Biorremediación de Ambientes Costeros
3- ¿QUÉ ACTIVIDADES PUEDEN INTRODUCIR
HIDROCARBUROS EN LA COSTA PATAGÓNICA?
El litoral Patagónico es considerado una ecoregión marina prioritaria para su
conservación, debido a su extraordinaria biodiversidad y a su alta vulnerabilidad [75].
Algunas zonas costeras de la Patagonia son particularmente sensibles a la
presencia de sustancias contaminantes, como las áreas de cría de mamíferos y aves
marinas, las áreas de reproducción de peces y crustáceos, y los sitios de descanso y
alimentación de aves marinas migratorias (Figura 3). Por ejemplo, la contaminación
con petróleo produce mortalidad de aves marinas en la región [34], y aún pequeñas
concentraciones de petróleo son capaces de reducir el éxito reproductivo de aves
como el pingüino de Magallanes [32]. Por lo tanto, hidrocarburos introducidos al
ambiente a partir de actividades como la explotación y el transporte de petróleo, la
pesca y el turismo, pueden tener un impacto negativo sobre la diversidad biológica
de región, si estas actividades no son manejadas adecuadamente [5].
14
Biorremediación de Ambientes Costeros
Flamencos en la playa de la
ciudad de Puerto Madryn
de
cuello
Cormoranes
negro en la reserva Punta
Loma,
Provincia
del
Chubut
Lobos marinos de un pelo, reserva
Punta Loma, Provincia del Chubut
Figura 3. Aves y mamíferos marinos en las costas Patagónicas. Fotos: los autores.
15
Biorremediación de Ambientes Costeros
Actualmente, existen cinco cuencas productivas de hidrocarburos en la República
Argentina: Noroeste, Cuyana, Neuquina, Golfo San Jorge, y Austral o de
Magallanes. Dos de estas cuencas, San Jorge y Austral, realizan actividades
productivas cerca de la costa. El transporte de petróleo crudo desde estas zonas de
explotación hasta las zonas de procesamiento y refinerías (ubicadas en la provincia
de Buenos Aires), o hacia el mercado externo se realiza exclusivamente por mar
(Figura 4, [69]). El combustible refinado destinado al consumo local de la región
Patagónica también es a menudo transportado por mar. Tanto el transporte de
petróleo crudo como de combustibles refinados genera riesgos de contaminación del
ambiente marino costero, tanto como consecuencia de maniobras operacionales
como por accidentes [31]. Además de esta contaminación concentrada cerca de la
fuente de los hidrocarburos, también es posible encontrar zonas afectadas alejadas
del origen del contaminante. Esto puede producirse como consecuencia de su
transporte por efecto de los vientos y las corrientes marinas, pudiendo llegar a
impactar costas con mayor sensibilidad ecológica [13, 14]. Otra fuente potencial de
contaminación costera es la exploración y explotación de petróleo costa afuera
(offshore), como lo ha demostrado el derrame ocurrido en el Golfo de México en
2010. Actividades de este tipo también se realizan en la Plataforma Continental
Argentina, particularmente en la Cuenca Marina Austral frente a las costas de Tierra
del Fuego y en la boca del Estrecho de Magallanes [69]. Además, en 2008 comenzó
una nueva etapa en la exploración offshore en el Golfo San Jorge [48].
En los últimos años, se han llevado a cabo importantes esfuerzos para disminuir
la contaminación y conservar la biodiversidad de los ambientes marinos de la región
Patagónica. Con el propósito de proteger este ecosistema altamente productivo y
biodiverso, desde hace algunos años se han promulgado leyes nacionales de
protección del medio ambiente marino acordes a la normativa internacional.
Además, se han ratificado los convenios internacionales más importantes orientados
a prevenir la contaminación del mar con hidrocarburos [69]. Entre otras acciones,
Prefectura Naval Argentina estableció nuevas rutas marítimas más alejadas de la
costa para los buques que transportan hidrocarburos, designó zonas de protección
especial en el litoral argentino por su importancia ecológica o socioeconómica en
donde se prohíbe descargar hidrocarburos y otros desechos, y reglamentó la
16
Biorremediación de Ambientes Costeros
documentación que deben portar los buques para certificar que cumplen con las
normas
de
seguridad
(Ordenanzas
Marítimas
N°
13/98,
12/98
y
1/86,
respectivamente). Finalmente, se implementaron mejoras en las operaciones de
carga y descarga, como por ejemplo en la Cuenca del Golfo San Jorge se renovaron
boyas, mangueras, tuberías, sistemas de amarre y se instalaron sistemas de
telemetría para el control y seguridad de las operaciones [69]. A pesar de todas
estas medidas, existen zonas en las que se ha detectado contaminación con
hidrocarburos originados por actividades humanas [13, 15]. Además, en diciembre
de 2007 se produjo un importante derrame de petróleo crudo en Caleta Córdova,
Golfo San Jorge.
Figura
4.
Cuencas
petrolíferas
productivas
de
Argentina.
Los
porcentajes corresponden a la cantidad
de petróleo producido en cada cuenca. Las
flechas indican los puntos de carga y
descarga de petróleo crudo (flechas
azules) y combustibles refinados (flechas
rojas). Fuentes: CEARE, www.ceare.org,
Secretaría de Energía de la República
Argentina, www.energia.gov.ar y [69].
17
Biorremediación de Ambientes Costeros
4- ¿CÓMO AFECTAN LOS HIDROCARBUROS AL ECOSISTEMA
MARINO?
Los efectos de los hidrocarburos del petróleo sobre el medio ambiente marino
pueden ser de tipo agudo o crónico. La toxicidad aguda es el resultado de la
exposición a una alta concentración de los compuestos tóxicos durante un breve
período, como ocurriría luego de un derrame [82]. Los organismos con mayor riesgo
de sufrir las consecuencias de toxicidad aguda son las aves y los mamíferos
marinos, quienes están frecuentemente en contacto con la superficie del mar, que es
donde
se
encuentran
mayormente
localizados
los
hidrocarburos
[81].
El
recubrimiento de las plumas de las aves y el pelaje de los mamíferos con el petróleo
ocasiona la pérdida de su capacidad de aislamiento, y puede provocar la muerte por
hipotermia. Además, existe riesgo de asfixia, ahogo e intoxicación por la ingestión de
los hidrocarburos. Por otra parte, cuando el petróleo impacta en la costa, las algas e
invertebrados bentónicos resultan muy afectados y pueden sufrir mortalidad masiva
(Figura 5).
Figura 5. Derrame de petróleo crudo ocurrido en Caleta Córdova, Chubut, el 26
de Diciembre de 2007. Las fotos muestran el estado de la playa 26 días (izquierda,
Foto: Teo Nurnberg, www.maraustralis.com/a080121petrol.html) y 105 días
(derecha, Foto: los autores) luego de ocurrido el derrame.
La toxicidad crónica, en cambio, ocurre como consecuencia de una exposición a
bajas dosis de los contaminantes durante períodos prolongados. Sus efectos
incluyen el retraso de la madurez sexual, la pérdida de la capacidad reproductiva, o
18
Biorremediación de Ambientes Costeros
el
desarrollo
de
enfermedades
como
cáncer,
disrupciones
endócrinas,
malformaciones y anormalidades en el desarrollo de los organismos que habitan el
ecosistema contaminado [81]. Además, pueden observarse efectos indirectos, como
por ejemplo debido a la acumulación de los contaminantes a través de la cadena
trófica o la pérdida de hábitats [82]. En términos generales, los efectos tóxicos que
se observen tanto a corto como a largo plazo dependerán no sólo de la
concentración de los hidrocarburos, sino también de su composición y de los
procesos físicos y químicos que hayan ocurrido sobre los hidrocarburos luego del
derrame [12].
Figura 6. Efectos de la contaminación por hidrocarburos sobre los organismos
marinos. Fotos: www.diariocero.com.ar, www.patagoniapyp.com (toxicidad
aguda) y los autores (toxicidad crónica).
19
Biorremediación de Ambientes Costeros
La toxicidad crónica, en cambio, ocurre como consecuencia de una
exposición a bajas dosis de los contaminantes durante períodos prolongados de
tiempo (Figura 6). Sus efectos incluyen el retraso de la madurez sexual, la pérdida
de la capacidad reproductiva y otras disrupciones endócrinas, o el desarrollo de
enfermedades como cáncer, malformaciones y anormalidades en el desarrollo de los
organismos
que
habitan
el
ecosistema
contaminado
[81].
Además,
los
contaminantes pueden acumularse a través de la cadena trófica cuando los
organismos se alimentan de otros que han tenido contacto con los hidrocarburos.
Por otra parte, los organismos pueden verse afectados por la pérdida de hábitats
asociada al derrame [82].
Debido a los efectos negativos de los contaminantes sobre el ecosistema
marino, varios países han generado guías de calidad ambiental que son utilizadas
como criterios de referencia para la identificación de sitios contaminados [9]. Estas
guías son desarrolladas a partir de datos experimentales en donde se estudia la
relación que existe entre la contaminación y la respuesta negativa de los organismos
ante el contaminante. Consideran, además, aspectos teóricos como las diferencias
que existen en disponibilidad para los seres vivos entre los distintos compuestos [9].
Estas guías son específicas para cada ambiente, por ejemplo, existen guías para
agua de mar y para sedimentos marinos. Además, consideran los posibles efectos
de cada compuesto químico en particular, indicándose los rangos de concentración
del contaminante en donde existiría una alta probabilidad de que ocurran efectos
biológicos adversos [11]. Sin embargo, la mayoría de estos criterios han sido
desarrollados en países y con especies biológicas del hemisferio norte, por lo que no
pueden predecir con exactitud la toxicidad de estos compuestos en especies locales,
por lo que sería conveniente desarrollar guías de calidad ambiental específicas para
los distintos ambientes de la Argentina.
20
Biorremediación de Ambientes Costeros
5- ¿QUÉ EFECTO TIENEN LOS COMPONENTES DEL PETRÓLEO
SOBRE LA SALUD DE LA POBLACIÓN?
Las guías anteriormente mencionadas intentan estimar la calidad del
ambiente, y son confeccionadas a partir de resultados obtenidos en estudios
toxicológicos realizados utilizando organismos indicadores, como por ejemplo
anfípodos [11]. Otras guías son desarrolladas para evaluar los riesgos que ocasiona
la exposición a compuestos contaminantes en el medio ambiente marino para la
salud humana. Por ejemplo, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados
Unidos ha reportado valores de referencia luego del derrame del Golfo de México
(www.epa.gov/bpspill/health-benchmarks.html#benchmarktable).
Uno de los posibles escenarios de exposición de la población a los
contaminantes en los ambientes costeros es el contacto con el agua y/o sedimento
(Figura 7). Algunas actividades pueden ser clasificadas como de alta exposición,
como por ejemplo la recolección manual de mariscos o actividades recreativas en la
playa, o de baja exposición, como por ejemplo los deportes náuticos [27, 95]. Las
vías de exposición principales consisten en el contacto dérmico y la ingestión
incidental, aunque existen otras vías posibles como por ejemplo la inhalación de
partículas o de compuestos volátiles. Un segundo escenario de exposición es el
consumo de peces y mariscos que utilizan como hábitat los ambientes
contaminados. En estos casos, la ingestión de compuestos tóxicos o carcinogénicos
puede ser significativa debido a fenómenos de bioacumulación en los tejidos del
animal [36]. Por último, un tercer escenario de exposición está dado por el personal
y los voluntarios involucrados en las actividades de limpieza ante un derrame de
importancia [8, 60].
Los distintos compuestos presentes en el petróleo crudo pueden representar
un riesgo para la población luego de un derrame. Los hidrocarburos monoaromáticos
y los hidrocarburos alifáticos de cadena corta son volátiles, por lo que representan
un riesgo de exposición inmediata por sus efectos tóxicos agudos. Los compuestos
orgánicos volátiles pueden causar depresión del sistema nervioso central, irritación
de las mucosas y la piel, y efectos sobre el sistema respiratorio incluyendo ataques
21
Biorremediación de Ambientes Costeros
de asma [37, 98]. Sin embargo, los riesgos sobre la salud de la población son en
general bajos dado que estos compuestos tienen una vida media muy corta y no se
bioacumulan [37]. Por otra parte, el petróleo puede liberar sulfuro de hidrógeno, el
cual presenta efectos neurotóxicos a corto y largo plazo [98]. Los dispersantes
utilizados en la limpieza de un derrame contienen detergentes, surfactantes y
destilados del petróleo, los cuales pueden tener efectos irritantes del sistema
respiratorio [98]. Otros efectos a corto y mediano plazo causados por el derrame
están relacionados con la disrupción de las actividades y el estrés psicológico de la
población, en particular debido al efecto negativo sobre el modo de subsistencia de
la población afectada, por ejemplo las pesquerías artesanales [1]. En estudios
realizados en este aspecto, los efectos tendieron a disminuir con el tiempo y
dependieron del apoyo social y económico recibido [1].
Figura 7. Distintos escenarios de exposición de la población ante un derrame de
hidrocarburos. Fotos: los autores, http://prensanetnoticias.com.ar
y
www.elcomodorense.net.
22
Biorremediación de Ambientes Costeros
El mayor riesgo ante un derrame está representado por los efectos
toxicológicos de largo plazo, en particular debido a la ingesta de peces y moluscos
conteniendo
compuestos
tóxicos
bioacumulados
[98].
Los
hidrocarburos
poliaromáticos (HAPs) son altamente persistentes y pueden bioacumularse en altas
concentraciones en moluscos. Estos compuestos pueden causar cáncer y efectos
reproductivos y sobre el desarrollo [37]. Además, el petróleo contiene trazas de
cadmio, mercurio y plomo, los cuales pueden acumularse en organismos acuáticos y
representar un riesgo a la población que los ingiere [98].
Los estudios realizados luego de grandes derrames de hidrocarburos han
mostrado evidencia de la existencia de una relación entre la exposición al petróleo
derramado y la aparición de efectos físicos, psicológicos, genotóxicos y endocrinos
en los individuos expuestos [1, 37]. En base a estos resultados, resulta necesario
que los protocolos de intervención incluyan la implementación de mecanismos para
detectar y controlar los efectos nocivos del derrame sobre la salud física y
psicológica de la población [1]. El uso de equipamiento protector y entrenamiento
adecuados resultan fundamentales para prevenir efectos nocivos sobre la salud de
las personas que participan de la limpieza del derrame [98]. Con respecto a la
comunidad residente, se debe evitar el contacto directo de la piel con el petróleo y el
agua contaminada, y debe prohibirse el consumo de peces y moluscos provenientes
de áreas contaminadas [1]. Dado que los compuestos más peligrosos (los HAPs)
son altamente persistentes, el monitoreo de su concentración en sedimentos y
organismos bentónicos debe realizarse con continuidad luego de producido un
derrame. De igual forma, debe evitarse el consumo de moluscos capturados en
cercanía de los puertos, y se deben realizarse controles periódicos de los niveles de
contaminación en sedimentos y biota en estos sitios crónicamente expuestos a la
contaminación.
23
Biorremediación de Ambientes Costeros
6- ¿CUÁL ES LA RESPUESTA INMEDIATA ANTE UN DERRAME
IMPORTANTE DE PETRÓLEO?
La mayoría de los derrames de hidrocarburos ocurren en aguas costeras o en
los puertos, y por lo tanto la contaminación de la costa es un evento altamente
probable luego de un derrame [40]. En estos casos, se desarrollan inmediatamente
planes de contingencia para reducir los daños ambientales [85]. Entre las estrategias
utilizadas, se incluyen distintos métodos físicos y/o químicos para contener, remover
o dispersar la mayor cantidad posible de los contaminantes (Figura 8). El tipo de
respuesta elegido depende, entre otros factores, del tiempo que ha pasado desde el
derrame, las condiciones del mar (calmo, agitado, helado), el tipo de hidrocarburos
derramados (liviano, medio, pesado) y el volumen del derrame [39]. Prácticamente
todos estos métodos presentan algún grado de impacto sobre el ambiente, por lo
que la selección del mismo representa un compromiso entre los efectos del petróleo
versus los efectos de las tecnologías de remediación utilizadas [40].
Las técnicas de contención son utilizadas para evitar la dispersión de los
hidrocarburos en la superficie del agua, por ejemplo por medio del uso de barreras
que representen un obstáculo para el desplazamiento de la mancha de petróleo [39].
Las barreras no sólo se utilizan para represar el derrame, sino además son de
utilidad para evitar la llegada de los hidrocarburos a áreas sensibles de la costa,
desviando el derrame hacia zonas menos sensibles. Parte del petróleo contenido
puede ser recuperado de la superficie del agua por medio del uso de recolectores
(skinners), que utilizan diferentes mecanismos, como por ejemplo la succión.
Figura 8 (página siguiente). Métodos de contención y recuperación utilizados en
derrames
de
hidrocarburos.
Fuentes,
de
arriba
hacia
abajo:
news.discovery.com/tech/tech-used-clean-up-oil-spill.html,
www.alaska.boemre.gov/kids/shorts/oilspill/oilspill.htm,
www.elcomodorense.net, www.oilspillnews.net
24
Biorremediación de Ambientes Costeros
25
Biorremediación de Ambientes Costeros
Otra de las estrategias que se utilizan como método inmediato de respuesta ante un
derrame es el uso de dispersantes químicos. Esta estrategia ha sido utilizada por
más de cuarenta años, e incluso jugó un rol muy importante (aunque discutido) en
los esfuerzos de restauración del derrame ocurrido en el Golfo de México en el año
2010 [33, 40]. Estos compuestos químicos no son capaces de remover el petróleo,
sino que aceleran el proceso de dispersión natural favoreciendo la formación de
gotas pequeñas de petróleo. Estas pequeñas gotas son degradadas con mayor
facilidad por los microorganismos [39]. La efectividad de los dispersantes depende
de muchos factores. Por ejemplo, su eficiencia se incrementa con la temperatura, y
su actividad se ve afectada por la salinidad por lo que un dispersante desarrollado
para agua dulce no puede ser utilizado en el mar. Además, estos compuestos
actúan con mayor eficiencia sobre el petróleo liviano, en particular cuando son
aplicados inmediatamente luego de ocurrido el derrame [40]. A pesar de que los
dispersantes pueden jugar un papel importante acelerando los mecanismos
naturales de degradación de los hidrocarburos, pueden presentar también altas
toxicidades para el ambiente. Por lo tanto, debe evaluarse en cada caso en
particular si resulta conveniente utilizar dispersantes, el tipo y concentración del
dispersante a utilizar, y el ambiente donde será incorporado [33]. Dado que la
posible toxicidad del dispersante no puede ser predecida a partir de estudios
realizados en otros ambientes, es necesario contar con estudios toxicológicos
previos realizados a nivel local [47].
Figura 9. Mapa de sensibilidad de una sección del Área Natural Protegida
Península Valdés. Fuente: http://atlas.ambiente.gov.ar.
26
Biorremediación de Ambientes Costeros
La respuesta ante un derrame de hidrocarburos depende del tipo de costa, el
grado de exposición que esta presenta a las olas, la energía de la marea, las
condiciones ambientales, la cantidad y tipo de petróleo derramado, y la productividad
y sensibilidad biológica del ambiente impactado [40, 94]. El conocimiento de los
factores que determinan el comportamiento de los hidrocarburos permite estimar
cuáles serán los ambientes costeros más afectados ante una situación de derrame.
Los ambientes más vulnerables deberán recibir protección en forma prioritaria al
diseñar planes de contingencia apropiados para cada sitio. Parte de esta información
suele estar recopilada en mapas o atlas de sensibilidad ambiental, los cuales
constituyen una herramienta muy útil para la protección de los recursos costeros.
Con respecto a las costas del Mar Argentino, se dispone de un Atlas de Sensibilidad
Ambiental, que fue elaborado con la participación de más de 50 científicos, y fue
financiado
por
el
Fondo
para
el
Medio
Ambiente
Mundial
(GEF)
(http://atlas.ambiente.gov.ar, Figura 9).
En particular, el tipo de costa es una variable de suma importancia al
momento de elegir un método de respuesta al evento de contaminación, debido a
que las características de la costa influyen sobre su sensibilidad a la contaminación
[71]. Las costas rocosas expuestas constituyen generalmente los ambientes menos
vulnerables. El oleaje de alta energía en estas costas remueve rápidamente el
petróleo depositado sobre las rocas, favoreciendo su dispersión en el mar y por lo
tanto aumentando su velocidad de biodegradación [40]. En general, estos sitios
requieren de menos tareas de limpieza porque la persistencia de los hidrocarburos
en la costa suele ser breve. Por otra parte, las marismas, los manglares y los
arrecifes de coral representan los ambientes más vulnerables ante un evento de
contaminación [40]. En zonas de marismas y manglares, por ejemplo, el petróleo se
adsorbe a las partículas que se encuentran en suspensión en la columna de agua, a
los tallos y raíces de la vegetación y a los sedimentos, y la baja energía de estas
costas dificulta su remoción [71]. Entre las costas rocosas y los arrecifes de coral
existe una amplia variedad de costas con distintos grados de sensibilidad y posibles
respuestas ante un evento de contaminación [94].
27
Biorremediación de Ambientes Costeros
7- ¿QUÉ OCURRE CON EL PETRÓLEO UNA VEZ QUE LLEGA AL
MAR?
Cuando el petróleo es liberado en el medio ambiente marino, sufre
inmediatamente una serie de cambios físicos, químicos y biológicos denominados
intemperización (o weathering, en inglés). Estos procesos pueden alterar
significativamente la composición del petróleo y por lo tanto la efectividad de las
respuestas ante el derrame. Por lo tanto, las estrategias de remediación ambiental
deben contemplar dichos fenómenos [109]. Entre ellos, algunos de los más
importantes son la evaporación, la disolución, la fotooxidación, la dispersión, la
emulsificación y la biodegradación, los cuales se ilustran en la Figura 10 [12]. La
evaporación es responsable de la eliminación de la mayoría de los compuestos de
bajo peso molecular. La importancia de este proceso depende en gran medida de
las características del petróleo derramado y de las condiciones ambientales
existentes [16]. La disolución en agua es importante para que los procesos de
biodegradación ocurran eficazmente, pero también es responsable de la toxicidad de
estos compuestos para los organismos acuáticos. Los compuestos que presentan
una baja solubilidad en agua, como por ejemplo los HAPs de alto peso molecular,
tienden a adherirse a las partículas y de esta manera permanecen en el agua o en
los sedimentos [16]. La fotooxidación es un proceso por el cual los compuestos
complejos como los HAPs de alto peso molecular y compuestos polares sufren
descomposición por radicales libres a partir de la luz solar. La fotooxidación lleva a la
formación de compuestos más simples, incrementando su solubilidad y su
biodegradabilidad, pero también aumentando su toxicidad [54]. Por otro lado, la
dispersión da como resultado la formación de emulsiones de petróleo en agua, las
cuales favorecen su biodegradación por aumento de la superficie de contacto con
los microorganismos. Estas mezclas no son estables, pero pueden ser mantenidas
por agitación o el agregado de dispersantes químicos. Por el contrario, la
emulsificación es la formación de emulsiones agua en petróleo (comúnmente
llamdas chocolate mousses), las cuales afectan negativamente las operaciones de
limpieza y la tasa natural de biodegradación.
28
Biorremediación de Ambientes Costeros
Figura 10. Comportamiento del petróleo en el medio ambiente. Modificado a
partir de [109].
8- ¿QUÉ ROL TIENEN LOS MICROORGANISMOS EN LOS
PROCESOS NATURALES DE RESTAURACIÓN AMBIENTAL?
Uno de los procesos más importantes de intemperización que ocurren cuando
ingresa el petróleo al medio
ambiente
marino
es
su
¿QUÉ ES UNA COMUNIDAD
biodegradación (Figura 10). La
biodegradación
de
MICROBIANA?
los
componentes del petróleo crudo
Los microorganismos, al igual que los seres
ocurre como consecuencia de su
vivos macroscópicos, forman comunidades
utilización
los
dentro de los ecosistemas naturales, es
microorganismos como sustrato
decir, conviven en un hábitat en particular
de crecimiento, lo cual posibilita
e interaccionan entre sí. Algunas de estas
su
por
eliminación
contaminado
parte
de
del
ambiente
interacciones ecológicas son beneficiosas
[41].
Como
para los mismos, pero los microorganismos
consecuencia de este proceso,
también
pueden
estas moléculas son a menudo
antagonísticas
sufrir
como
por
interacciones
ejemplo
la
competición por un mismo recurso, o la
predación de un microorganismos sobre
29
otro [56].
Biorremediación de Ambientes Costeros
transformadas completamente en los compuestos inocuos dióxido de carbono y
agua. Sin embargo, la degradación completa no siempre resulta posible, y en
particular, algunos compuestos pueden ser muy difíciles de degradar, como por
ejemplo los hidrocarburos de alto peso molecular.
Dado que existe una gran variedad de compuestos en el petróleo crudo, se
requiere de distintas poblaciones de microorganismos para poder degradarlos [16].
La biodegradación del petróleo crudo es el resultado de la acción combinada de una
parte importante de la comunidad microbiana que habita el medio ambiente
contaminado, y muchos microorganismos se ven beneficiados tanto directa como
indirectamente por estos compuestos [21]. Las comunidades de microorganismos
pueden ser muy complejas, es decir estar formadas por miles de organismos
diferentes, como es el caso de los sedimentos marinos. En un ambiente prístino, se
encuentran presentes distintos microorganismos capaces de degradar las sustancias
contaminantes, si bien son muy poco abundantes [16]. Cuando ocurre un derrame
de petróleo, las poblaciones microbianas que tienen la capacidad de utilizar
hidrocarburos como sustrato para su crecimiento proliferan rápidamente [41] (Figura
11 - 1). Algunas de estas poblaciones pueden liberar compuestos biosurfactantes,
los cuales actúan en forma similar a un detergente solubilizando los compuestos
contaminantes. Esto facilita la biodegradación de los hidrocarburos al encontrarse
más
fácilmente
disponibles
para
su
degradación
(biodisponibles).
Los
biosurfactantes no sólo favorecen a las poblaciones que los producen, sino también
a otras poblaciones degradadoras de hidrocarburos dentro de la misma comunidad
microbiana (Figura 11 - 2). El tamaño que pueden alcanzar las poblaciones
microbianas que degradan los componentes del petróleo se encuentra limitado por
distintos procesos. Entre los más importantes se encuentran la predación que sufren
estas poblaciones por parte de protozoos y la lisis de las mismas producida por virus
(Figura 11 - 3). Además, concentraciones limitantes de oxígeno y nutrientes (Figura
11 - 4) y la baja biodisponibilidad de los hidrocarburos pueden afectar el tamaño de
las poblaciones degradadoras y su actividad. Durante el proceso de degradación,
algunos microorganismos pueden generar compuestos intermediarios de la
degradación de los hidrocarburos, que pueden ser utilizados por otras poblaciones
de microorganismos (Figura 11 - 5). Cuando el sustrato de crecimiento se acaba, la
abundancia de estas poblaciones disminuye rápidamente [41]. Las poblaciones de
30
Biorremediación de Ambientes Costeros
microorganismos que se encuentran relacionadas con la biodegradación de
hidrocarburos no afectan la salud humana.
¿QUÉ ES LA MICROBIOLOGÍA AMBIENTAL?
La microbiología ambiental es la disciplina científica que se ocupa del
estudio de los microorganismos que habitan los ambientes naturales
o aquellos intervenidos por el hombre, como por ejemplo los barros
activados de las plantas de tratamiento de efluentes. Esta disciplina
estudia la diversidad de estas comunidades, cómo interaccionan los
microorganismos entre sí, y los distintos procesos de los cuales
forman parte.
¿CÓMO SE ESTUDIAN LOS MICROORGANISMOS AMBIENTALES?
Existen dos tipos de estrategias para estudiar a los microorganismos
ambientales:
•
Métodos
dependientes
del
cultivo:
se
cultivan
los
microorganismos en el laboratorio, y posteriormente
aquellos que pueden ser cultivados se estudian en detalle
•
Métodos independientes del cultivo: los microorganismos se
analizan por medio del estudio de sus biomoléculas,
utilizando metodologías de la biología molecular
31
Biorremediación de Ambientes Costeros
Figura 11. Biodegradación de petróleo crudo por una comunidad microbiana. 1Microorganismos degradando componentes del petróleo; 2- microorganismos
productores de biosurfactantes; 3- depredación por protozoos y lisis por virus; 4compuestos esenciales para el crecimiento de los microorganismos: C (carbono),
N (nitrógeno), P (fósforo), O2 (oxígeno); 5- microorganismos consumiendo
productos de degradación de los hidrocarburos (la flecha indica flujo de materia
entre los microorganismos). Modificado de [41].
En ambientes que han estado expuestos a los hidrocarburos, la respuesta de
las poblaciones degradadoras de hidrocarburos ante un derrame es más rápida con
respecto a sitios prístinos. Esto es debido a que los sitios previamente impactados
contienen una comunidad de bacterias degradadoras establecida y diversa, la cual
es capaz de responder más rápidamente ante el derrame [16]. Se han aislado a
partir del medio ambiente marino distintos microorganismos capaces de degradar
hidrocarburos. Algunos de ellos utilizan hidrocarburos en forma casi exclusiva, por
ejemplo los géneros bacterianos Alcanivorax, Cycloclasticus u Oleispira [108].
Bacterias pertenecientes a los géneros Alcanivorax y Cycloclasticus han sido
detectadas en distintos ambientes marinos impactados con petróleo alrededor del
mundo, por lo que se ha sugerido que estos microorganismos serían relevantes para
32
Biorremediación de Ambientes Costeros
la remoción de hidrocarburos alifáticos y aromáticos, respectivamente [41]. En
cambio, otros microorganismos aparentan estar restringidos a determinados
ambientes, como por ejemplo Oleispira antarctica, la cual hasta el momento sólo ha
sido hallada en ambientes fríos [38, 108].
Figura 12. Estrategias dependientes e independientes del cultivo para el estudio
de los microorganismos ambientales.
A pesar de los grandes avances en el conocimiento logrados en las últimas
décadas, existen aún muchos interrogantes sobre qué microorganismos son los más
relevantes ecológicamente para la degradación de hidrocarburos en el medio
ambiente marino, qué mecanismos utilizan para degradarlos, y cuáles son los
factores que limitan la velocidad de biodegradación de estos compuestos. Esta
información es fundamental para poder predecir el comportamiento de estas
poblaciones microbianas ante un derrame de petróleo. Sin embargo, aún existe
mucho por conocer con respecto a los microorganismos degradadores de
33
Biorremediación de Ambientes Costeros
hidrocarburos del medio ambiente marino. Existen dos tipos de estrategias que
pueden ser utilizadas para su estudio (Figura 12). La primera es cultivarlos en el
laboratorio utilizando medios de cultivo con el agregado de hidrocarburos como
fuente de carbono y energía. Una vez aislados, estas cepas son estudiadas en
detalle con el fin de identificarlas, conocer qué tipo de hidrocarburo pueden
degradar, sus requerimientos nutricionales, etc. Sin embargo, la mayoría de los
microorganismos no pueden ser cultivados en el laboratorio [17]. Por lo tanto, a
menudo
se
recurre
al
uso
de
métodos
independientes
del
cultivo
de
microorganismos, por medio del estudio de las biomoléculas presentes en los
microorganismos, por ejemplo ADN, ARN o proteínas. En el Anexo 1 se describen
estas dos estrategias con mayor detalle.
9- ¿QUÉ SE CONOCE DE LOS MICROORGANISMOS QUE
DEGRADAN HIDROCARBUROS EN LA COSTA PATAGÓNICA?
Existen varios grupos de investigación
que han realizado estudios enfocados en los
microorganismos que degradan hidrocarburos y
las comunidades de microorganismos de las
cuales éstos forman parte en ambientes marinos
de la Patagonia. La Figura 13 muestra los sitios
que han sido estudiados hasta el momento
(puntos
rojos).
Si
comparamos
los
sitios
analizados con la gran extensión del Mar
Patagónico, vemos que es muy poco lo que se
conoce
sobre
estos
ambientes
hasta
el
momento. Además, estos estudios rara vez
analizaron los cambios que ocurren en un sitio a
lo largo del tiempo, o las variaciones que
existen en el espacio. Otro punto que
resulta evidente en la Figura 13 es que
todos los sitios estudiados se encuentran
localizados cercanos a la costa. Esto se
debe principalmente a la facilidad que
34
Figura 13. Sitios de la costa
Patagónica en donde se han
realizado
estudios
de
las
comunidades microbianas o de las
poblaciones de microorganismos
degradadores de hidrocarburos.
Fuente
de
la
imagen:
www.marpatagonico.org.
Biorremediación de Ambientes Costeros
existe para la obtención de muestras en estos ambientes. Sin embargo, es
importante conocer a los microorganismos que habitan los distintos ambientes del
Mar Patagónico, dado que los mismos son fundamentales para el funcionamiento del
ecosistema marino Patagónico. Por ejemplo, los microorganismos representan hasta
el 90% de la biomasa en los océanos, llevan a cabo la mitad de la producción
primaria del planeta (como por ejemplo la fotosíntesis), influencian la composición de
la atmósfera, tienen un rol importante en la regulación de nuestro clima, y presentan
un rol clave en el reciclado de nutrientes y en la capacidad para eliminar las
sustancias contaminantes del ambiente. En consecuencia, los microorganismos que
habitan estos ecosistemas cumplen funciones que redundan en beneficios tanto
directos como indirectos para el ser humano [18]. Debido a su importancia, resulta
de gran interés el conocer el efecto de disturbios ambientales, como por ejemplo la
contaminación por hidrocarburos, sobre las comunidades de microorganismos y los
procesos esenciales que ellas llevan a cabo [110]. Además, es de interés conocer
cómo estas comunidades de microorganismos pueden ayudar a disminuir dicho
impacto, por ejemplo mediante su participación en la biodegradación de compuestos
contaminantes.
Comunidades microbianas
Recientemente se ha realizado un censo mundial de microorganismos
marinos (http://icomm.mbl.edu/), en el marco de la iniciativa internacional del Censo
de la Vida Marina (http://www.coml.org). El objetivo de este censo fue estudiar
quienes son y cómo se distribuyen los microorganismos en los distintos ambientes
marinos del mundo, y se basó en el uso de metodologías independientes del cultivo
de microorganismos. En total se analizaron más de 1.200 muestras de todo el
mundo, incluyendo muestras de la costa patagónica. Este censo mostró que los
microorganismos que habitan en los océanos son extremadamente diversos. Entre
los distintos tipos de microorganismos que componen una comunidad microbiana,
las bacterias son las que presentan una mayor diversidad. Por ejemplo, se estima
que un litro de agua de mar podría tener 20.000 bacterias diferentes, y sólo un
gramo de sedimento podría contener entre 5.000 y 19.000 tipos de bacterias
(www.comlmaps.org/mcintyre/ch12). La diversidad de arqueas y de protistas sería
aproximadamente diez veces menor. Los estudios también mostraron que mientras
algunos tipos de bacterias son muy abundantes, la gran mayoría de ellos se
35
Biorremediación de Ambientes Costeros
encuentran en muy bajas proporciones. En uno de los trabajos publicados a partir de
este censo, se compararon las bacterias presentes en más de 500 muestras de
distintos ambientes marinos del mundo, incluyendo 6 de la costa Patagónica [110].
En este estudio se encontró que los tipos de bacterias que habitan el agua de mar
en ambientes similares, aunque distantes geográficamente, eran remarcablemente
similares [110]. Por el contrario, las bacterias presentes en los sedimentos resultaron
ser más diferentes entre sí, en particular aquellas que habitan los ambientes
costeros. Esto es probablemente debido a que las costas reciben múltiples
influencias desde el ambiente terrestre, las cuales son particulares de cada sitio.
Las
bacterias
de
sedimentos
intermareales
tanto
prístinos
como
contaminados con hidrocarburos de la costa Patagónica fueron estudiadas como
parte de esta iniciativa internacional [38, 62, 65]. Los sedimentos intermareales son
aquellos que se encuentran cubiertos durante la marea alta y descubiertos en marea
baja. En este estudio, se estimó que existen miles de géneros bacterianos en los
sedimentos intermareales de Patagonia, y se identificaron los grupos de bacterias
más abundantes [62]. En general, los sedimentos contaminados con hidrocarburos
tanto de Caleta Córdova (Chubut) como de Bahía Ushuaia (Tierra del Fuego)
presentaron una alta proporción de géneros bacterianos relacionados con la
biodegradación aeróbica de hidrocarburos, en comparación con sedimentos prístinos
obtenidos en el área natural protegida Península Valdés [62]. Sin embargo, el resto
de la comunidad bacteriana de sitios de la costa Patagónica crónicamente
impactados por la contaminación con hidrocarburos no varió drásticamente con
respecto a aquella de sitios prístinos [62]. Estos resultados sugieren que la función
de la comunidad no se ve impactada profundamente por la exposición constante a
bajas o moderadas concentraciones de hidrocarburos. Por el contrario, en los
sedimentos impactados por un derrame de petróleo crudo de importancia, se
observó un efecto drástico sobre la comunidad como consecuencia de la
contaminación. No sólo se detectó un menor número de tipos de bacterias en el
sedimento (disminución de la riqueza de especies), sino que además la comunidad
se encontraba dominada por bacterias pertenecientes a unos pocos géneros, en
particular Psychromonas y Vibrio [62]. Ambos géneros han sido asociados directa o
indirectamente a la contaminación por hidrocarburos.
36
Biorremediación de Ambientes Costeros
LAS MAREAS
Las mareas son los cambios periódicos que sufre el nivel del mar, debidos a
la acción gravitatoria que ejercen la Luna y el Sol sobre el agua de mar. El
agua de mar está también expuesta a una fuerza centrífuga, que se produce
como resultado del movimiento de rotación de la Tierra. El nivel del agua
de mar es por lo tanto el resultado de la combinación de estas dos fuerzas,
la fuerza gravitatoria y la fuerza centrífuga. La altura del mar cambia en
forma periódica, dado que las mareas altas y las mareas bajas se alternan
en un ciclo continuo que se repite dos veces cada casi 25 hs.
•
Marea alta, también llamada pleamar, es el momento en que el
mar alcanza su máxima altura dentro del ciclo de las mareas
•
Marea baja o bajamar, es el momento en el que el mar alcanza su
menor altura
LA ZONA INTERMAREAL
La zona intermareal (que significa
zona “entre mareas”), también
llamada zona litoral, es el área de
la costa que se encuentra
expuesta al aire durante la marea
baja, y sumergida durante la
marea alta. Por encima de la zona
intermareal se encuentra la zona
supralitoral, y por debajo la zona
infralitoral, la cual nunca queda
expuesta.
Punta Cuevas, Chubut
Debido a los cambios en la altura del mar, los organismos que viven en
la zona intermareal (ya sea microorganismos o macroorganismos), deben
estar adaptados a sobrevivir bajo distintas condiciones adversas:
•
Se encuentran rodeados de agua sólo en forma intermitente
•
Sufren la acción de las olas, por lo que pueden ser desprendidos
por la acción de las mismas
•
Están expuestos a grandes cambios de temperatura
•
En altas latitudes, estos organismos pueden sufrir alta exposición
a la luz ultravioleta debido a la disminución de la capa de ozono
de la atmósfera
•
La concentración de sal puede aumentar debido a la evaporación
del agua atrapada durante la marea baja
37
Biorremediación de Ambientes Costeros
Con respecto al agua de mar, investigadores de India y Francia estudiaron las
comunidades bacterianas en Bahía Ushuaia [83]. El objetivo de este estudio fue
evaluar los efectos de compuestos químicos tóxicos provenientes de actividades
humanas sobre este ambiente Subantártico. En este trabajo se estudiaron los
efectos de los hidrocarburos solubles en agua sobre la diversidad bacteriana del
agua de mar [83]. Los grupos mayoritarios de microorganismos encontrados en este
estudio coincidieron a grandes rasgos con aquellos encontrados en el estudio a nivel
global anteriormente mencionado [110]. Sin embargo, la composición de la
comunidad bacteriana del agua de mar cambió significativamente luego de una
exposición de sólo cinco días a la fracción soluble en agua de los hidrocarburos [83].
Un estudio reciente realizado utilizando sedimentos intermareales crónicamente
contaminados con hidrocarburos de Bahía Ushuaia también mostró una rápida
respuesta de la comunidad bacteriana ante un evento de contaminación con petróleo
crudo en experimentos de laboratorio, y una rápida biodegradación de estos
compuestos [38]. La rápida capacidad de respuesta de estas comunidades
microbianas de Bahía Ushuaia está probablemente relacionada con la exposición
crónica a hidrocarburos que sufre este ambiente, como consecuencia de una gran
actividad de buques y la operación de la planta de almacenamiento de combustibles
Orión [15, 28].
Al contrario de lo que ocurre en los sedimentos intermareales, es común que
en los sedimentos localizados por debajo de la línea de marea baja (sedimentos
submareales o infralitorales) el oxígeno se encuentre limitado, salvo en una pequeña
capa en la superficie de la columna del sedimento. Esto es debido a la falta de
contacto de los sedimentos profundos con el oxígeno presente en el agua de mar.
Además, dado que están expuestos a una menor energía de las olas en
comparación con los ambientes intermareales, estos sedimentos se oxigenan
pobremente. La disponibilidad de oxígeno es un factor es muy importante que afecta
los procesos biodegradativos, dado que la biodegradación anaeróbica de
hidrocarburos es un proceso mucho más lento con respecto al que ocurre en
presencia de oxígeno [16]. Otro factor limitante son las bajas temperaturas, ya que
afectan la actividad microbiana y disminuyen tanto la biodisponibilidad como la
solubilidad de los hidrocarburos. En consecuencia, tanto las bajas temperaturas
38
Biorremediación de Ambientes Costeros
como la ausencia de oxígeno en el sedimento incrementan el tiempo de residencia
de los hidrocarburos en el ambiente [6].
Debido a la gran dificultad que existe para cultivar a los microorganismos
anaeróbicos, la biodegradación de hidrocarburos en condiciones anaeróbicas se
encuentra muy poco estudiada. Las comunidades microbianas que habitan los
sedimentos costeros infralitorales de dos sitios crónicamente contaminados de Bahía
Ushuaia (Muelle Comercial y Muelle de la planta de almacenamiento de
combustibles Planta Orión) están siendo estudiadas en profundidad utilizando
métodos independientes del cultivo de microorganismos [22]. Este proyecto tiene
como objetivo conocer el efecto de la contaminación crónica de hidrocarburos sobre
las comunidades microbianas de ambientes costeros de distintas regiones frías del
mundo. Las otras regiones que están siendo analizadas con este proyecto,
financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (Community
Sequencing Program, Joint Genome Institute), son la Península Antártica, el Mar
Báltico (Suecia) y el Archipiélago Svalbard (Noruega). Se intenta conocer, por
ejemplo, qué microorganismos estarían degradando los hidrocarburos, y qué vías
degradativas serían utilizadas en este proceso. Al estudiar en forma comparativa
sitios expuestos a un tipo similar de contaminación pero separados entre sí por
grandes distancias geográficas, se puede obtener información más general sobre
estos procesos que luego puede ser aplicada a otros sitios de las mismas
características. Los resultados obtenidos en este proyecto sugieren que la
biodegradación de hidrocarburos en sedimentos costeros infralitorales es llevada a
cabo por bacterias anaeróbicas sulfato reductoras pertenecientes a la clase
Deltaproteobacteria [22]. Estas bacterias alcanzaron las mayores concentraciones,
de entre todos los sitios analizados, en cercanías del muelle de la planta de
almacenamiento de combustibles Orión, en Bahía Ushuaia [22].
Capacidad biodegradativa de las comunidades microbianas
Una forma de estudiar la capacidad que presentan las comunidades
microbianas para degradar hidrocarburos es evaluar dicha capacidad en el
laboratorio. Esto se realiza midiendo la disminución de la concentración de los
hidrocarburos agregados artificialmente o evaluando la liberación de dióxido de
carbono. Olivera y colaboradores [73] estudiaron la biodegradación de alcanos por
parte de comunidades microbianas de un sitio prístino (Golfo Nuevo) y contaminado
39
Biorremediación de Ambientes Costeros
con hidrocarburos (Golfo San Jorge). En este estudio, la comunidad microbiana de
los sedimentos expuestos a la contaminación con hidrocarburos presentó una mayor
capacidad degradativa que la comunidad de los sedimentos prístinos, sugiriendo que
los
sedimentos
del
Golfo
San
Jorge
se
encontraban
enriquecidos
en
microorganismos degradadores de hidrocarburos. Estos resultados concuerdan con
los reportados por Pucci y colaboradores [86-88], en donde se muestra un alto
potencial de degradación de hidrocarburos de las comunidades microbianas de
sedimentos y agua de mar de Comodoro Rivadavia y Caleta Córdova, Golfo San
Jorge. Un aspecto interesante de estos estudios está relacionado con el efecto de la
época del año sobre la capacidad degradativa. Los autores reportan una mayor
capacidad degradativa de estas comunidades en las estaciones templadas, con
respecto al invierno en donde la capacidad degradativa fue menor [86-88]. En un
estudio similar, Pucci y colaboradores [86] estudiaron la mineralización de
hidrocarburos un año antes del derrame de diciembre de 2007, y en una serie
temporal hasta 164 días luego del derrame. Cuatro días luego de ocurrido el
derrame, las velocidades de mineralización encontradas para los distintos
hidrocarburos evaluados (gas oil, diesel y aceite lubricante) fueron aproximadamente
el doble de las observadas un año antes del derrame, y dichas velocidades se
redujeron a los valores previos 164 días luego de ocurrido el derrame [86].
Microorganismos degradadores de hidrocarburos - Métodos dependientes del
cultivo
Si bien sólo una pequeña parte de la comunidad microbiana puede ser
cultivada en el laboratorio, los métodos dependientes del cultivo permiten examinar
en detalle las rutas degradativas utilizadas por estos microorganismos y evaluar sus
estrategias de subsistencia bajo las condiciones altamente desfavorables que
ocurren en un derrame. Por lo tanto, esta estrategia provee de información
fundamental que no sólo complementa aquella obtenida por métodos independientes
del cultivo, sino que constituye la base para su análisis. Por otra parte, las cepas
microbianas o consorcios obtenidos pueden presentar numerosas aplicaciones
biotecnológicas, tanto en el área ambiental como industrial. Algunas de las
aplicaciones más prometedoras de estos microorganismos incluyen el tratamiento de
sustancias contaminantes en bioreactores y las aplicaciones de sus enzimas en
procesos industriales. En consecuencia, la búsqueda de actividades de interés en
40
Biorremediación de Ambientes Costeros
microorganismos de ambientes costeros de la Patagonia presenta un gran potencial,
el cual se encuentra mayormente inexplorado [24, 25].
Hasta el momento se han aislado varias cepas bacterianas capaces de
degradar hidrocarburos a partir de ambientes costeros de la Patagonia. La cepa
Bacillus subtilis O9, aislada a partir de sedimentos del puerto de San Antonio Oeste,
Provincia de Río Negro, Argentina, presenta la capacidad de producir un compuesto
biosurfactante denominado surfactina [68]. Este compuesto tensoactivo fue capaz de
incrementar la degradación de residuos de sentina de buques, en particular de
alcanos de cadena larga, en experimentos a escala de laboratorio [68]. De igual
manera, en estudios realizados en tanques de 20 L de volumen localizados al aire
libre, el agregado de este biosurfactante mostró una importante disminución en el
tiempo requerido para alcanzar altas velocidades de degradación [72]. Dado que
este biosurfactante puede ser producido de forma relativamente simple y económica,
representa una alternativa prometedora para el tratamiento de residuos conteniendo
altas concentraciones de hidrocarburos. En el año 2006 se inició un estudio
interdisciplinario que involucró a laboratorios localizados en tres instituciones,
CENPAT (Puerto Madryn), CRIDECIT (Comodoro Rivadavia) y PROIMI (San Miguel
de Tucumán), con el fin de estudiar los niveles de contaminación y caracterizar a las
poblaciones bacterianas degradadoras de hidrocarburos de la costa Patagónica.
Para este estudio se eligió como sitio de muestreo la Península Aristizábal, área de
alta diversidad biológica y productividad ubicada al norte del Golfo San Jorge. En un
muestreo realizado en el año 1995 se había observado una importante
contaminación con hidrocarburos en esta península. De hecho, en ese momento
esta zona presentaba las mayores concentraciones de hidrocarburos de la costa
Patagónica [14]. Esta zona constituye un área de acumulación de distintos residuos
(entre ellos hidrocarburos), probablemente debido al transporte de los mismos por
acción del viento y de las mareas (Figura 14). Los hidrocarburos que llegan a esta
zona posiblemente provengan de derrames ocasionados durante las actividades de
carga de petróleo crudo en Comodoro Rivadavia y Caleta Córdova, o durante el
transporte del petróleo [14, 29]. Las muestras obtenidas en esta zona fueron
analizadas en los distintos laboratorios involucrados en este proyecto, utilizando
diversas herramientas de estudio. El análisis químico de los sedimentos determinó
que, si bien existían hidrocarburos intemperizados en las playas de la península
41
Biorremediación de Ambientes Costeros
Aristizábal (Figura 14), los niveles de contaminación por hidrocarburos en
sedimentos intermareales de esta zona habían disminuido considerablemente desde
el último estudio [29, 58]. A pesar de las bajas concentraciones de hidrocarburos, en
el marco de este proyecto se aislaron diversas cepas microbianas degradadoras de
hidrocarburos con interesantes propiedades.
Figura 14. Península Aristizábal, en el
norte del Golfo San Jorge. Arriba,
izquierda, acumulación de residuos en
la costa; arriba, derecha, rocas con
hidrocarburos intemperizados, abajo,
detalle de rocas con hidrocarburos. A
partir de esta región, se obtuvieron
aislamientos
microbianos
degradadores de hidrocarburos y
productores de biosurfactantes. Fotos:
los autores.
En una de las líneas de trabajo de este proyecto interinstitucional, se
seleccionaron los aislamientos microbianos degradadores de hidrocarburos por su
habilidad para producir biosurfactantes [74]. De las 96 cepas aisladas en este
estudio, 5 fueron capaces de disminuir la tensión superficial debido a la producción
de biosurfactantes. Tres de ellas pertenecían al género Alcanivorax, y las otras dos a
los géneros Cobetia y Halomonas. En este trabajo se identificaron además los genes
que codifican para enzimas de las rutas degradativas de hidrocarburos. Cuando
estas cepas fueron analizadas con más detalle se evidenció que dos de los
aislamientos pertenecientes al género Alcanivorax se encontraban formando
consorcios con otro microorganismo [74]. En el consorcio formado por Pseudomonas
putida PA1 y Alcanivorax sp. PA2 (Figura 15), el modo de acceso al hidrocarburo fue
la adhesión de la cepa PA2 a las gotas del compuesto contaminante durante la fase
exponencial de crecimiento. A partir de la fase exponencial tardía el biosurfactante
42
Biorremediación de Ambientes Costeros
es secretado al medio de cultivo, permitiendo la disociación de este microorganismo
de la gota de hidrocarburo. La cepa PA1 presentó la habilidad de degradar todos los
hidrocarburos evaluados, si bien no fue capaz de adherirse a los mismos, y no
produjo biosurfactantes [74]. Se evaluó además para este consorcio la capacidad de
formar biofilms sobre distintos soportes sólidos [93]. Debido a las capacidades
degradativas de estos consorcios, como así también la habilidad de formar
agregados celulares y de sintetizar biosurfactantes, los mismos podrían presentar
gran utilidad en diversas aplicaciones biotecnológicas.
Figura 15. Microscopía electrónica de barrido mostrando el consorcio
conformado por Alcanivorax sp. PA2 y Pseudomonas putida PA1 [74]. Fuente de
la foto: Nelda Olivera.
Una segunda línea de trabajo consistió en el aislamiento de bacterias marinas
degradadoras de hidrocarburos en base a su capacidad de producir y acumular
lípidos [96]. Generalmente, los microorganismos que presentan esta característica
tienen la ventaja de poder degradar las sustancias contaminantes bajo condiciones
nutricionales adversas, transformando a los productos de degradación en lípidos
intracelulares que se almacenan en forma de gránulos. Estos productos presentan
un gran valor biotecnológico, ya que pueden ser útiles para aplicaciones en la
industria química, de biocombustibles y cosmética, entre otras. Entre las cepas
aisladas en este estudio, la bacteria Cobetia sp. PC412 resultó la más promisoria.
Esta cepa degrada hidrocarburos alifáticos (hexadecano, escualeno), poliaromáticos
(naftaleno, fenantreno, antraceno y fluoreno) y mezclas como el gasoil. Además, es
capaz de acumular hasta un 23% de su peso seco en lípidos en condiciones
43
Biorremediación de Ambientes Costeros
limitantes de nitrógeno [96]. Esta cepa posee interesantes características para su
aplicación en biotecnología ambiental debido a su capacidad de degradar
hidrocarburos, de transformar sustratos en lípidos celulares y de mantenerse activas
en un rango amplio de condiciones ambientales.
En otro estudio, se aislaron cepas bacterianas con capacidad para crecer en
presencia de los HAPs naftaleno, fenantreno o pireno como única fuente de carbono
y energía a partir de sedimentos costeros provenientes de distintos sitos a lo largo
de la costa Patagónica. Los sitios elegidos fueron el Puerto de Rawson, y muelles de
Puerto Madryn, Caleta Córdova y Bahía Ushuaia. Las cepas aisladas fueron
identificadas
por
medio
de
la
secuenciación del gen ARNr 16S. Se
encontraron cepas pertenecientes a
¿QUÉ ES UN BIOFILM?
una variedad de géneros bacterianos,
Un
por
crecimiento celular en el cual las
ejemplo
Citreicella,
Lutibacterium,
Bacillus,
Oceanisphaera,
biofilm
células
es
crecen
una
forma
unidas
de
a
una
en
una
Pseudomonas, Halomonas, Cobetia,
superficie
Brachybacterium,
Brevibacterium,
matriz producida por ellas mismas.
Marinomonas,
En este estado, estas células se
Marinobacter,
Salinibacterium,
Nocardioides
y
y
encuentran
embebidas
protegidas
de
los
Sporosarcina [44, 51, M. Ferrero,
distintos factores de estrés. Por lo
comunicación personal]. En particular,
tanto, este fenómeno resulta de gran
la cepa Pseudomonas plecoglossicida
utilidad en bioreactores, como una
J26 fue aislada a partir de sedimentos
forma
costeros de la ciudad de Rawson,
microorganismos dentro del mismo,
provincia del Chubut, por medio de un
y
enriquecimiento
tratamiento de los efluentes.
naftaleno
como
selectivo
sustrato
con
de
protegerlos
inmovilizar
durante
los
el
de
crecimiento [66]. Esta cepa presentó
la capacidad de formar biofilms bajo condiciones de estrés [78]. Se utilizaron
sustancias extraídas a partir de la semilla de una planta para mimetizar este efecto.
Estas sustancias de origen vegetal no sólo promovieron la formación de biofilm, sino
además incrementaron la biodegradación de naftaleno. En consecuencia, el uso de
las mismas como promotoras de la formación de biofilm de la cepa en estudio
44
Biorremediación de Ambientes Costeros
presenta un gran potencial para el desarrollo de procesos biotecnológicos que
involucren la degradación de hidrocarburos [77].
En otro estudio, se realizaron recuentos de microorganismos degradadores a
partir de agua de mar y sedimentos intermareales de las costas de Comodoro
Rivadavia y Caleta Córdova. Para ello, se utilizó un medio de cultivo preparado en
agua de mar y suplementado con una mezcla 1:1 de petróleo:gasoil [87, 88]. Las
cepas bacterianas aisladas a partir de estos recuentos fueron identificadas, en este
caso, analizando sus ácidos grasos metíl esteres. En estos estudios se recuperó una
gran diversidad de microorganismos degradadores de hidrocarburos en Caleta
Córdova.
Los
géneros
bacterianos
más
frecuentemente
aislados
fueron
Pseudoalteromonas, Psychrobacter y Shenewanella, si bien también fueron
encontradas cepas pertenecientes a los géneros Pseudomonas, Acinetobacter y
Rhodococcus [87]. Pucci y colaboradores [86] también realizaron aislamientos
utilizando este medio de cultivo con hidrocarburos en muestras de sedimentos de
Caleta Córdova obtenidas a distintos tiempos luego del derrame de petróleo de
diciembre de 2007. Entre otras, se aislaron a partir de este sitio cepas
pertenecientes a los géneros Rhodococcus, Pseudomonas, Micrococcus, y Kocuria
con conocida capacidad para degradar hidrocarburos. No se han reportado para
todas estas cepas, sin embargo, estudios que exploren las posibles aplicaciones
biotecnológicas de los microorganismos aislados.
Microorganismos degradadores de hidrocarburos - Métodos independientes
del cultivo
Como
se
mencionó
anteriormente,
dado
que
la
mayoría
de
los
microorganismos marinos actualmente no pueden cultivarse en el laboratorio
utilizando métodos tradicionales, desde hace unas décadas se han comenzado a
utilizar métodos independientes del cultivo basados en el estudio de sus
biomoléculas (Anexo 1). Si bien estas metodologías también presentan sus
limitaciones, permiten identificar a los microorganismos presentes en la muestra
ambiental a estudiar, independientemente de si pueden o no crecer en el laboratorio.
Una forma de estudiar a los microorganismos capaces de degradar
hidrocarburos es exponer a una comunidad microbiana a estos compuestos, y
estudiar los cambios producidos como respuesta a dicha exposición. Esta estrategia
45
Biorremediación de Ambientes Costeros
permite prescindir de uno de los pasos limitantes en el aislamiento de los
microorganismos, que es su crecimiento en forma aislada en la superficie de un
medio de cultivo sólido. El aislamiento de los microorganismos en medio sólido
impide su interacción con otras poblaciones microbianas que resultan esenciales
para su crecimiento. Utilizando esta estrategia, se evaluaron sedimentos que se
hallan crónicamente contaminados por hidrocarburos en la costa Patagónica. Se
observó qué tipos de bacterias aumentaban su abundancia dentro de una
comunidad microbiana luego de ser expuestos los sedimentos a los HAPs naftaleno
o fenantreno [51, 91]. Para este estudio se utilizó un método independiente del
cultivo de microorganismos que detecta a todos los microorganismos presentes en el
enriquecimiento [49]. En estos estudios se observó la presencia de una gran
diversidad de bacterias marinas enriquecidas en presencia de estos HAPs a partir de
sedimentos de Puerto Madryn, Rawson, Península Aristizábal, Comodoro Rivadavia
y Ushuaia [51, 91]. Entre las poblaciones bacterianas enriquecidas, se destacó la
presencia de Cycloclasticus spp. en todos los sedimentos analizados, la cual es una
bacteria
marina
degradadora
hidrocarburos
aromáticos
que
utiliza
casi
exclusivamente a estos compuestos como sustrato para su crecimiento. Estos
resultados sugieren que este microorganismo se encuentra ampliamente distribuido
en sedimentos contaminados con hidrocarburos de la costa Patagónica. Sin
embargo, esta bacteria no pudo ser detectada cuando los sedimentos se sembraron
sobre medio de cultivo sólido. De hecho, se encontró una marcada diferencia entre
las bacterias detectadas en medios de cultivos sólido y líquido de igual composición,
lo cual refuerza la importancia de tener en cuenta el alto grado de interacción que
tienen los microorganismos ambientales al intentar cultivarlos en el laboratorio.
Mientras que en los estudios mencionados en el párrafo anterior se detectan
todas las bacterias presentes en la muestra, otros estudios apuntan a detectar sólo
aquellas que están involucradas en el proceso degradativo. Para ello, se estudian
biomoléculas que están directamente relacionadas con este proceso, como por
ejemplo genes que codifican enzimas de las vías degradativas de hidrocarburos (ver
Anexo 1). Utilizando esta metodología, se demostró la presencia de una gran
diversidad de poblaciones bacterianas con potencial para degradar HAPs en
sedimentos intermareales contaminados con hidrocarburos de la costa Patagónica
[23, 58, 64]. Los sitios analizados en estos estudios incluyeron los muelles de la
46
Biorremediación de Ambientes Costeros
ciudad de Puerto Madryn, las Penínsulas Aristizábal y Gravina, y tres sitos dentro de
la Bahía Ushuaia. De las 25 poblaciones de bacterias detectadas en estos estudios,
22 aún no habían sido estudiadas ([23, 64], Dionisi, resultados no publicados).
Todas
estas
poblaciones
novedosas
fueron
detectadas
en
sedimentos
Subantárticos, lo cual muestra el gran potencial aún inexplorado que presentan
estos ambientes (Figura 16). Las otras 3 poblaciones identificadas se encuentran
cercanamente relacionadas a bacterias pertenecientes al género Pseudomonas [45],
a betaproteobacterias como Alcaligenes faecalis AFK2 y Delftia sp. Cs1-4 [43], y a
bacterias del género Cycloclasticus [99].
En un estudio posterior, Marcos y colaboradores [63] estimaron la abundancia
de siete de estas poblaciones bacterianas en sedimentos intermareales de la costa
Patagónica (Figura 17). Este estudio mostró que tres de las poblaciones novedosas
fueron abundantes en los sedimentos intermareales de Bahía Ushuaia, y además
estables dentro de la comunidad de este sitio durante seis años [63]. Estos
resultados sugieren que estas poblaciones bacterianas son miembros estables y
ecológicamente relevantes dentro de la comunidad degradativa de sedimentos
intermareales de Bahía Ushuaia. Todas las poblaciones novedosas analizadas
fueron, en cambio, poco abundantes en sedimentos prístinos de la Península Valdés
y en sedimentos contaminados de Caleta Córdova. Por lo tanto, estas poblaciones
bacterianas parecerían estar restringidas a los ambientes fríos [63]. Por otra parte,
Cycloclasticus fue detectada en la mayor parte de las muestras analizadas, tanto en
sedimentos de Caleta Córdova como de Bahía Ushuaia (Figura 17). Además, su
abundancia era mayor en muestras que presentaban altas concentraciones de HAPs
de bajo peso molecular [61, 63]. Estos resultados sugieren que bacterias del género
Cycloclasticus podrían presentar un rol importante en la biodegradación de HAPs de
bajo peso molecular en el ambiente costero de Patagonia, en concordancia con los
resultados encontrados al analizar cultivos de enriquecimiento con naftaleno y
fenantreno mencionados anteriormente [44].
47
Biorremediación de Ambientes Costeros
Bahía Ushuaia
Figura 16. De arriba hacia abajo: Imagen satelital del Sur de Sudamérica;
imagen satelital de la Bahía Ushuaia, Isla Grande de Tierra del Fuego; foto de
Bahía Ushuaia (a la derecha de la imagen se observa la planta de
almacenamiento de combustibles Orion); muelle de la planta Orión. Fuente
de las imágenes satelitales: Google Earth; fuente de las fotos: los autores.
48
Biorremediación de Ambientes Costeros
Las poblaciones bacterianas con capacidad para degradar hidrocarburos
alifáticos también han sido estudiadas utilizando métodos independientes del cultivo,
en este caso en sedimentos costeros de Bahía Ushuaia. Al contrario de los HAPs,
los hidrocarburos alifáticos se hallaron en relativamente baja concentración en estos
sedimentos (Figura 17). Asimismo, éstos se encontraban en estado avanzado de
biodegradación [38]. La baja concentración de estos compuestos contrastó con la
alta diversidad encontrada de bacterias capaces de degradar estos compuestos.
Algunas de ellas fueron detectadas en varios sitios de la Bahía y en muestras
obtenidas en varios años diferentes, lo cual sugiere que estos microorganismos son
ecológicamente relevantes en este sitio [38]. Los microorganismos detectados
estaban relacionados con otros encontrados en ambientes fríos de otras partes del
mundo. Esto los posiciona como posibles marcadores a ser monitoreados en el
proceso de biodegradación de hidrocarburos alifáticos en este tipo de ambientes. En
este estudio se detectó además una alta proporción bacterias pertenecientes al
género Oleispira, la cual utiliza hidrocarburos alifáticos en forma obligada (Figura
17). Todos estos resultados sugieren que los compuestos alifáticos derivados del
petróleo
están
microorganismos
siendo
rápidamente
degradadores
que
degradados
habita
este
por
la
ambiente
comunidad
de
crónicamente
contaminado. Ensayos de laboratorio realizados en el marco de este estudio
confirmaron esta hipótesis, ya que estas comunidades microbianas fueron capaces
de degradar componentes del petróleo crudo en menos de 20 días, inclusive sin el
agregado de nutrientes [38]. Por el contrario, en este sitio los HAPs (en particular
aquellos de alto peso molecular) parecerían ser degradados más lentamente, lo que
ocasiona su acumulación en los sedimentos (Figura 17). Esto es así a pesar de la
gran diversidad de bacterias degradadoras detectadas en este sitio [23, 58, 63, 64],
lo cual refleja la mayor dificultad que presentan estos compuestos para su
biodegradación.
49
Biorremediación de Ambientes Costeros
50
Figura 17 (Página anterior). Gráfico integrador de los principales resultados
encontrados en muestras de sedimentos intermareales de la Patagonia. Se indican
los sitios de muestreo, las temperaturas promedio en el mes más cálido y más frío
del año, los géneros relacionados con la biodegradación de hidrocarburos más
abundantes (en color verde), las poblaciones bacterianas cuantificadas (en color
rojo), la granulometría de los sedimentos (en color azul), las concentraciones de
HAPs y de hidrocarburos alifáticos totales (AT). El tamaño de letra de los
géneros degradadores y de las poblaciones cuantificadas, así como el tamaño de
los gráficos de HAPs y AT son proporcionales a las abundancias o
concentraciones de los mismos en las muestras de sedimentos. En los gráficos de
concentración de HAPs, el color gris representa a los HAPs de bajo peso
molecular y el negro a los HAPs de alto peso molecular. n.d., no detectado. Las
flechas azules y rojas indican sedimentos expuestos a la contaminación con
petróleo crudo o combustibles refinados, respectivamente [61].
Conclusiones
Los distintos estudios descriptos en esta sección permiten comenzar a
conocer aspectos ecológicos y moleculares importantes relacionados con la
biodegradación de hidrocarburos en la costa Patagónica. A pesar de la cantidad de
información recaudada en los últimos años, aún queda mucho por descubrir sobre
las comunidades microbianas de la costa Patagónica. Uno de los aspectos que se
desprenden a partir de estos estudios es que, si bien algunos microorganismos
como por ejemplo Cycloclasticus se encuentran ampliamente distribuidos en los
sedimentos
costeros
de
Patagonia,
otros
microorganismos
degradadores
previamente desconocidos presentan una distribución geográfica mucho más
acotada (Figura 17, [63]). El objetivo final es llegar a conocer a las poblaciones
microbianas claves para el proceso degradativo, y comprender los mecanismos que
regulan la degradación de hidrocarburos en estos ambientes.
Si bien los estudios mencionados en esta sección muestran evidencias de
una alta diversidad y abundancia de poblaciones bacterianas con capacidad para
degradar hidrocarburos en sitios impactados de la costa Patagónica, la
contaminación con estos compuestos en muchos casos sigue siendo prevalente en
áreas cercanas a puertos, o de carga y descarga de hidrocarburos del petróleo [13,
15]. Estos compuestos se acumulan en el ambiente como resultado de un ingreso a
velocidades superiores a la capacidad degradativa natural. Esta acumulación es más
evidente en los compuestos más difíciles de degradar, como por ejemplo los HAPs
51
Biorremediación de Ambientes Costeros
de alto peso molecular, los cuales tienden a acumularse tanto en sedimentos (Figura
17) como en organismos vivos [2]. Cuando la exposición a estos compuestos genera
riesgos sobre la salud de la población o del ecosistema, se vuelve necesario
implementar protocolos de remediación ambiental con el fin de acelerar su
eliminación. En el caso de la contaminación crónica, resulta además esencial
controlar el ingreso de los compuestos al ambiente, de forma de minimizar el
impacto que éstos tienen sobre el ambiente y la población.
10- ¿CUÁLES SON LAS PRINCIPALES DIFERENCIAS ENTRE
UN AMBIENTE PRÍSTINO, UNO CRÓNICAMENTE
CONTAMINADO Y UNO IMPACTADO POR UN DERRAME DE
PETRÓLEO?
En la Figura 18 se esquematizan las principales diferencias que existen entre
los ambientes prístinos, los crónicamente contaminados, y los impactados en forma
aguda por un derrame de petróleo. La contaminación por hidrocarburos sólo puede
verse a simple vista cuando ocurren derrames importantes. Sedimentos con
apariencia normal pueden contener concentraciones importantes de compuestos
tóxicos, mutagénicos y carcinogénicos, como por ejemplo HAPs. Por lo tanto, la
única manera de conocer si un sedimento se encuentra contaminado es determinar
la concentración y el tipo de contaminantes por medio de análisis químicos
complejos. Debido a la distribución en parches de los hidrocarburos, estos análisis
deberán abarcar una amplia distribución espacial y temporal. Por ejemplo, debido a
los grandes movimientos que ocurren en los sedimentos costeros, es común que los
sedimentos contaminados sean enterrados o desplazados desde el ambiente
intermareal al infralitoral, y por lo tanto los cambios observados en la concentración
de hidrocarburos no necesariamente se deban a la desaparición de los mismos por
procesos físicos o biológicos. Cuando los sedimentos son enterrados, generalmente
se encuentran limitados en su disponibilidad de oxígeno, los procesos de
biodegradación resultan más lentos y por lo tanto serán más persistentes en el
ambiente. Otro aspecto de la dinámica temporal a tener en cuenta al evaluar el
riesgo que representa un sitio contaminado son los procesos de toxicidad crónica,
que puede persistir durante décadas luego de evento de contaminación puntual.
52
Biorremediación de Ambientes Costeros
Figura 18. Principales diferencias entre sedimentos prístinos, crónicamente
contaminados e impactados por un derrame de petróleo en lo que respecta a sus
características químicas, toxicidad y potencial degradativo. PV, Península
Valdés. Origen de las fotos: los autores.
53
Biorremediación de Ambientes Costeros
Con respecto a la capacidad degradativa de la comunidad microbiana, en
ambientes prístinos ésta es generalmente muy baja. Si bien las poblaciones
microbianas capaces de degradar los componentes del petróleo se encuentran
habitualmente presentes en estos ambientes, las mismas son muy poco abundantes.
Dependiendo de la metodología utilizada, estas poblaciones pueden resultar
inclusive muy difíciles de detectar. Debido a sus bajas abundancias, la capacidad de
respuesta ante un derrame será lenta. Estos microorganismos deben aumentar el
tamaño de sus poblaciones varios órdenes de magnitud para alcanzar una velocidad
de degradación aceptable, que ayude a disminuir los efectos negativos de los
mismos tanto a mediano como a largo plazo. Para que un microorganismo
incremente
exponencialmente
su
abundancia,
deben
encontrar
todas
las
condiciones adecuadas que permitan su multiplicación. Los microorganismos no sólo
requieren de una fuente de carbono y energía (en este caso los hidrocarburos), sino
además concentraciones adecuadas otros nutrientes (macro y micronutrientes),
aceptores de electrones, condiciones ambientales adecuadas, etc.
En ambientes crónicamente contaminados, en cambio, las poblaciones
microbianas que degradan los hidrocarburos se encuentran presentes en mayores
abundancias con respecto a los ambientes no expuestos. En estos casos, a medida
que ingresan al ambiente, los hidrocarburos son utilizados por los microorganismos,
y la concentración detectada depende de un balance entre los hidrocarburos que
ingresan y los que son degradados. En estos casos, generalmente las
concentraciones de hidrocarburos son mantenidas a niveles intermedios. A estas
concentraciones, la comunidad microbiana no se ve afectada radicalmente y aún
presenta una alta riqueza de especies. En consecuencia, esta comunidad, aunque
impactada, es aún capaz de cumplir con la mayoría de los procesos metabólicos que
ocurren en el sedimento. Además, una alta riqueza de especies es importante
porque estas comunidades microbianas tendrán la capacidad para adaptarse a
diferentes perturbaciones. Una comunidad microbiana diversa es más estable, ya
que cuenta con distintos microorganismos capaces de cumplir una misma función.
Esta propiedad de la comunidad se denomina redundancia funcional. Ante un nuevo
derrame, esta comunidad responderá con un rápido crecimiento de las poblaciones
microbianas
degradadoras,
y
en
consecuencia
54
mayores
velocidades
de
Biorremediación de Ambientes Costeros
biodegradación. Para que el crecimiento microbiano ocurra, sin embargo, deben
cumplirse las mismas condiciones que se mencionaron en el párrafo anterior
(nutrientes, aceptores de electrones, etc.). Sin embargo, estas poblaciones ya se
encuentran adaptadas a las condiciones ambientales y nutricionales del sitio en
donde habitan, como así también a las interacciones con los otros miembros de la
comunidad. Es por ello que es preferible aprovechar las capacidades intrínsecas de
la comunidad microbiana autóctona, en vez de intentar “sembrar” microorganismos
exógenos para biodegradar los contaminantes. Las poblaciones microbianas
cultivadas en el laboratorio competirán pobremente con los microorganismos nativos
del sitio, aunque provengan del mismo sitio.
Durante de un derrame de petróleo crudo ingresa al ambiente una gran
cantidad de hidrocarburos en un tiempo muy corto. Como consecuencia, las
comunidades microbianas de los sitios impactados se ven seriamente afectadas, y
sufren una pérdida drástica de especies, asociada a una proliferación de unos pocos
tipos de microorganismos adaptados a sobrevivir en condiciones muy adversas. El
ambiente afectado perderá su capacidad para recuperarse a condiciones previas al
derrame y de responder a otros factores de estrés. Eventualmente, cuando los
hidrocarburos
más
degradables
disminuyen
su
concentración,
disminuirá
naturalmente la abundancia de las poblaciones microbianas que los degradan. Sin
embargo, es probable que nunca se recupere la estructura de la comunidad “sana”,
mayormente debido a la lenta velocidad de biodegradación de muchos de estos
compuestos, los cuales persistirán en el ambiente.
11- ¿QUÉ SON LAS TECNOLOGÍAS DE BIORREMEDIACIÓN?
Dado que la mayoría de los hidrocarburos que componen el petróleo crudo y
los
productos
refinados
son
biodegradables,
estos
compuestos
deberían
desaparecer del medio ambiente marino. Sin embargo, los microorganismos
requieren de condiciones ambientales y nutricionales adecuadas para poder
degradar a los hidrocarburos [16]. Si estas condiciones no son las adecuadas, la
eliminación de estos contaminantes se vuelve lenta y a menudo incompleta. Por
ejemplo, la mayoría de los hidrocarburos presentan una muy baja solubilidad en
55
Biorremediación de Ambientes Costeros
agua, lo cual los convierten en poco disponibles para los microorganismos [97].
Además, si bien estas moléculas presentan un alto contenido de carbono y energía,
carecen de otros nutrientes esenciales para el crecimiento de los microorganismos
[41]. Cuando las sustancias tóxicas no son degradadas con la velocidad suficiente,
generan consecuencias ecológicas adversas y daños a la salud de la población [85].
En estos casos, es posible acelerar la velocidad de biodegradación natural de estos
compuestos por medio de la utilización de la tecnología de recuperación ambiental
llamada biorremediación.
La biorremediación se define como la explotación de actividades biológicas
para detoxificar o remover contaminantes [4]. Esta tecnología emerge como una de
las tecnologías más prometedoras para la eliminación del petróleo del ambiente. La
principal ventaja de la biorremediación es su bajo costo y su menor impacto
ambiental, comparada con métodos físicos o químicos de descontaminación [82].
Por ejemplo, durante la limpieza del derrame del Exxon Valdez en Alaska, el costo
de biorremediar 120 km de costa fue menor que el de un día de limpieza física
(lavado) [3]. Además, los métodos convencionales, tales como la remoción física de
los contaminantes los cuales constituyen la primera opción de tratamiento,
raramente llevan a la limpieza completa de un derrame. La biorremediación puede
ser llevada a cabo en el mismo sitio contaminado, sobre todo cuando los
contaminantes están presentes en forma difusa y en bajas concentraciones
(biorremediación in situ) o, por el contrario, el material contaminado puede ser
relocalizado para su tratamiento (biorremediación ex situ) [21].
En el mundo, la remediación de sitios contaminados tiene un mercado que
alcanza los 25 mil millones de dólares anuales [4]. A pesar de sus claras ventajas, la
biorremediación tiene una muy baja participación en este mercado, por debajo del
10%. La lenta adopción de esta metodología es debida a los riesgos que han sido
asociados con la utilización de protocolos de biorremediación. Éstos incluyen la falla
de la tecnología empleada, la remoción incompleta del contaminante sin alcanzar los
estándares regulatorios requeridos, la estimulación de procesos microbianos no
deseados, como por ejemplo la metanogénesis, el excesivo crecimiento microbiano
y/o la generación de cambios permanentes en la comunidad microbiana del sitio
remediado con posibles impactos en la función del ecosistema y los servicios que
este provee [57]. Si bien estos riesgos son reales, los mismos pueden ser evitados
56
Biorremediación de Ambientes Costeros
por medio de una correcta evaluación del sitio contaminado que posibilite la
selección del método más apropiado de biorremediación en cada caso en particular,
y a través de un manejo efectivo del proceso. Estos puntos se tratarán con mayor
detalle en las secciones siguientes.
Existen tres estrategias que pueden ser utilizadas para la biorremediación in situ
de los sitios contaminados. Cuando los procesos bióticos y abióticos resultan lo
suficientemente eficientes para la remoción de los compuestos contaminantes, y los
mismos no representan un riesgo para la salud de la población o del ambiente, a
menudo se utiliza la estrategia denominada atenuación natural monitoreada o
recuperación natural monitoreada. En este caso, el proceso natural es extensamente
monitoreado, pero el mismo no es intervenido. En cambio, cuando los procesos
naturales son muy lentos debido principalmente a la ausencia o baja velocidad del
proceso degradativo, se vuelve necesario intervenir sobre el proceso natural. Si las
poblaciones microbianas que degradan a los compuestos contaminantes se
encuentran presentes en el ambiente, pero en bajas abundancias o con un bajo nivel
de actividad, las mismas pueden ser estimuladas por medio de la tecnología
denominada bioestimulación. Cuando las poblaciones microbianas requeridas no se
encuentran presentes, es necesario agregar en el sitio a remediar microorganismos
exógenos que presenten la capacidad de degradar los compuestos contaminantes
(bioaumentación) [96]. Todas estas estrategias serán tratadas con mayor detalle en
los puntos siguientes de este Informe Técnico.
12- ¿QUÉ TIPO DE ANÁLISIS DEBEN REALIZARSE EN EL SITIO
CONTAMINADO?
La biorremediación es un campo interdisciplinario, ya que combina
conocimientos y herramientas de química, microbiología ambiental, biología
molecular, biotecnología, ingeniería ambiental y geología. Como se mencionó en el
punto anterior, para lograr la efectiva implementación de esta tecnología es
necesario contar con un conocimiento exhaustivo no sólo de los procesos abióticos
que están ocurriendo en el sitio contaminado, sino además de los procesos
degradativos llevados a cabo por la comunidad microbiana. Dentro de las variables
que deben ser monitoreadas en el sitio contaminado se incluyen: la concentración y
57
Biorremediación de Ambientes Costeros
tipo de compuestos contaminantes, su toxicidad, las condiciones ambientales (como
temperatura y pH), las concentraciones de los principales nutrientes esenciales para
el crecimiento microbiano (como nitrógeno y fósforo), el oxígeno disuelto, y la
abundancia y actividad microbiana. Estas variables, así como las herramientas que
se utilizan para su medición, se presentan en la Tabla 2.
Medición de variables físicas, químicas y ambientales
La técnica más utilizada para medir la concentración de los hidrocarburos en
las distintas matrices ambientales o en los organismos es la cromatografía gaseosa
(GC). En esta metodología, las distintas moléculas se separan al moverse dentro de
una columna a distintas velocidades, impulsadas por un gas inerte. Al salir de la
columna, pasan por un detector que genera un cromatograma en donde las señales
son proporcionales a la concentración de cada compuesto. Esta técnica es muy
precisa, sobre todo al utilizar detectores de masa acoplados al GC (GC-MS). Sin
embargo, requiere de equipamiento sofisticado y es costosa y laboriosa. Por lo tanto,
se han desarrollado otras técnicas para su aplicación en el monitoreo, por ejemplo la
cromatografía de capa delgada y detección por ionización en llama o TLC-FID [105].
Este método constituye una forma rápida de cuantificar las fracciones mayores del
petróleo. Sin embargo, tiene la desventaja de no poder discriminar los compuestos
individuales. Para disminuir la variabilidad en las mediciones de las concentraciones
de hidrocarburos, típicas de las condiciones ambientales heterogéneas, se utilizan
hidrocarburos de baja biodegradabilidad como marcadores, como por ejemplo
pristano y fitano u hopano. Estos marcadores son utilizados para relativizar las
mediciones durante los análisis cromatográficos como el GC-MS. El pristano y el
fitano son adecuados para su utilización sólo en los primeros estadíos del proceso,
ya que se observó que estos compuestos son biodegradables a más largo plazo
[109]. Por otro lado, el hopano, si bien es muy resistente a la biodegradación, es
también afectado por procesos abióticos, por lo cual otros compuestos serían más
útiles para distinguir la biodegradación de procesos de degradación abiótica [30].
58
Biorremediación de Ambientes Costeros
Tabla 2. Plan de monitoreo para la biorremediación. Modificado de [109]
Análisis
Matriz
Método recomendado
Nitrógeno disuelto
Sedimento (agua
Extracción con KCl
intersticial)
/oxidación
persulfato/reducción
cadmio [26]
Fósforo disuelto
Sedimento (agua
Extracción con KCl./
intersticial)
oxidación
persulfato/método del
ácido ascórbico[26]
Petróleo residual
Sedimento
Extracción en cloruro de
metileno - GC-MS-SIM
Oxígeno disuelto
Acuosa
Ensayo Hach® de alto
rango
PH en agua intersticial
Acuosa
electrodo de combinación
Poblaciones microbianas
Sedimento
NMP para degradadoras
de alcanos y HAPs
Actividad metabólica
Sedimento
Producción de CO2 en
ensayos de laboratorio
Toxicidad del petróleo
Sedimento
residual
Microtox® Solid-Phase
Test
(ensayo de supervivencia
de anfípodos de 10 días)
Potencial de
Membranas
Adsorción a membranas
bioacumulación
semipermeables
(test de 2 semanas)
sintéticas
Perfil de costa
Evaluación visual
Utilización de
marcadores fijos
59
Biorremediación de Ambientes Costeros
La determinación de los niveles de nutrientes es un punto fundamental por su
gran influencia sobre el éxito del proceso biodegradativo. Si los mismos son
limitantes de la velocidad de biodegradación, se recurre a su agregado durante el
proceso de bioestimulación. En este caso, la frecuencia de la toma de muestras para
la determinación de la concentración de nutrientes debe estar coordinada con la
aplicación de los mismos, con el fin de asegurar que el tratamiento está llegando a
penetrar la zona a remediar. De esta forma, se puede asegurar la obtención de la
concentración de nutrientes necesaria en el medio ambiente a remediar, y evitar el
agregado de un exceso de nutrientes que puede alcanzar niveles tóxicos para los
organismos bentónicos. Otra variable crucial a determinar es la disponibilidad de
oxígeno, ya que la biodegradación es mayormente un proceso aeróbico en los
sedimentos [19]. Sin embargo, en algunos casos se han reportado procesos
dependientes de nitrato y sulfato [67, 76, 92]. La medición del oxígeno disuelto se
coordina con la aplicación de los nutrientes, en especial cuando éstos son orgánicos,
para asegurar una concentración adecuada y evitar la anoxia.
Determinación de variables microbiológicas
Cuando se considera a la biorremediación como alternativa, además de la
evaluación de las condiciones físicas, químicas, geológicas y ambientales de los
sitios contaminados se debe incluir la determinación de la capacidad degradativa de
la comunidad microbiana [20]. El objetivo de esta evaluación es determinar si existen
microorganismos con la capacidad para degradar los contaminantes en el sitio a
remediar, e idealmente estimar tanto su abundancia como su actividad (Tabla 2,
Figura 19). La estimación de su abundancia es importante porque en general cuanto
mayor es el número de bacterias degradadoras, más rápidamente se degradarán los
contaminantes. Este monitoreo también es realizado durante la fase de
implementación del protocolo de biorremediación, en donde se intenta conocer si se
han producido los cambios esperados en la comunidad microbiana como
consecuencia de la estrategia de biorremediación elegida. El aumento de la
abundancia de los microorganismos degradadores puede ser visualizado incluso
antes de que ocurran cambios en la concentración de los contaminantes [101]. En
particular, se evalúa si la abundancia de los microorganismos degradadores se
incrementó por encima de las condiciones normales observadas a campo, y esto se
toma como un indicio de que la estrategia elegida está teniendo el efecto esperado
60
Biorremediación de Ambientes Costeros
[59]. Los análisis microbiológicos permiten además evaluar el momento adecuado
para discontinuar el tratamiento elegido, y continuar con un proceso de atenuación
natural monitoreada. Por lo tanto, el disponer de información microbiológica precisa
y de forma rápida resulta esencial para incrementar la eficacia de los protocolos de
biorremediación y para disminuir los costos asociados con las tecnologías utilizadas
[53]. En este sentido, la microbiología ambiental resulta fundamental para proveer
los conocimientos necesarios para poder manejar efectivamente a las comunidades
microbianas de los sitios contaminados.
Debido a las dificultades metodológicas que presentan los estudios de
comunidades microbianas complejas, el monitoreo de las poblaciones degradadoras
de los ambientes contaminados representa aún un desafío. Actualmente se dispone
de pocas herramientas diagnósticas que permitan evaluar de forma rápida y
confiable la capacidad degradativa de la comunidad microbiana. Esta falta de
herramientas se debe a la escasa información que aún existe sobre los
microorganismos presentes en los sitios contaminados, y en particular, sobre las
poblaciones microbianas que se encuentran directamente involucradas en la
biodegradación de los compuestos contaminantes. A continuación se describirán
brevemente los dos tipos de estrategias disponibles para el estudio de la abundancia
de los microorganismos degradadores: métodos de microbiología clásica como por
ejemplo el recuento de organismos degradadores en placa o en medio líquido, y
herramientas emergentes independientes del cultivo de microorganismos, basadas
en el análisis de biomoléculas específicas de dichos organismos.
a- Herramientas de microbiología clásica:
Los conteos microbianos son habitualmente utilizados para monitorear el
proceso de biodegradación. Las herramientas clásicas incluyen los recuentos en
placa (determinación de unidades formadoras de colonias o UFC) y la técnica del
número más probable (NMP). El recuento en placa es una técnica tradicional que
cuantifica el número de bacterias capaces de crecer en un medio de cultivo sólido
predeterminado. En la técnica de UFC, se utilizan para enumerar a los
microorganismos
degradadores
distintos
hidrocarburos
como
sustrato
de
crecimiento. Sin embargo, muchas bacterias son capaces de crecer utilizando muy
pequeñas concentraciones de sustrato que se encuentran presentes en el medio
debido a impurezas en sus componentes o provenientes de la muestra ambiental.
61
Biorremediación de Ambientes Costeros
Además, los microorganismos incapaces de crecer en forma aislada en medios
artificiales sólidos no serán detectados. La técnica de NMP es considerada más
confiable que la anterior para enumerar los microorganismos degradadores [107].
Esta técnica elimina la necesidad de un agente sólido, ya que utiliza medio líquido
con nutrientes en tubos o microplacas, e hidrocarburos como sustrato de
crecimiento. La enumeración se lleva a cabo a partir de un análisis estadístico
basado en diluciones seriadas, que muestran evidencias de crecimiento bacteriano.
La medición del crecimiento puede basarse en turbidez, liberación de
14
CO2 a partir
de hidrocarburos marcados u otros procedimientos como reducción de colorantes
[89]. Estos dos métodos son laboriosos y lentos, y además presentan grandes
desvíos debido a que la gran mayoría de las bacterias (inclusive las poblaciones
microbianas degradadoras de compuestos contaminantes) resultan incultivables en
medios artificiales [59].
b - Herramientas de biología molecular:
Debido a las limitaciones de los métodos de microbiología tradicional, en los
últimos años ha crecido el interés en utilizar herramientas de diagnóstico de la
capacidad degradativa basadas en técnicas de biología molecular [90]. La biología
molecular es el estudio de la estructura, función y actividad de las macromoléculas
esenciales para la vida, por ejemplo los ácidos nucleicos, las proteínas y los lípidos
[100]. En estas técnicas emergentes, se seleccionan biomoléculas para ser
utilizadas como blanco de los ensayos, de forma de obtener información sobre la
identidad, la abundancia o la actividad de las poblaciones relevantes para la
biorremediación del sitio contaminado [53]. Dado que no se requiere del cultivo de
los microorganismos, no sufren de los desvíos de las técnicas de microbiología
tradicional, y los resultados pueden ser obtenidos de forma muy rápida. Presentan,
sin embargo, otras limitaciones, como por ejemplo requieren de un profundo
conocimiento sobre diversidad de las biomoléculas blanco en el sitio contaminado, y
resultan más costosas que las técnicas de microbiología tradicional. Sin embargo, se
considera que el costo derivado de su uso es justificado debido a que la información
obtenida reduciría los costos de la biorremediación [53, 90, 100, 101].
62
Biorremediación de Ambientes Costeros
Figura 19: Herramientas de estudio de las variables bióticas y abióticas de
los sitios contaminados.
Las metodologías basadas en el análisis de moléculas biológicas han sido
desarrolladas y evaluadas a campo para el estudio de la biodegradación anaeróbica
de solventes clorados en aguas subterráneas [53]. En el caso de la biodegradación
de hidrocarburos, aún se encuentran en una etapa muy temprana de desarrollo y
han sido utilizadas mayormente para la investigación de los procesos degradativos.
Dado que existen numerosos compuestos en el petróleo crudo y los combustibles
refinados, y numerosas poblaciones bacterianas adaptadas para crecer a expensas
de dichos compuestos en presencia de oxígeno, el desarrollo de ensayos
específicos para dicha actividad metabólica resulta actualmente un desafío. El
conocimiento disponible sobre los procesos anaeróbicos de biodegradación de
hidrocarburos es aún más limitado, por lo que el diseño de ensayos específicos para
evaluar la capacidad de biodegradación anaeróbica de estos compuestos se
encuentra aún más lejano.
63
Biorremediación de Ambientes Costeros
El desarrollo de herramientas moleculares aplicables a tecnologías de
biorremediación requiere de una serie de pasos que resultan esenciales para
garantizar que las mismas sean capaces de proveer información correcta, precisa, y
reproducible. Todas estas características son necesarias para que estos ensayos
sean de utilidad al momento de ser aplicados a campo [100]. En primer lugar, es
necesario tener conocimientos previos sobre la microbiología del sitio. En particular,
es necesario identificar cuáles son las poblaciones microbianas que son de mayor
importancia para el proceso degradativo, ya que son estas poblaciones las que son
utilizadas como blanco de las herramientas moleculares. Dado que las poblaciones
claves para el proceso pueden diferir en distintas regiones geográficas, no siempre
es posible utilizar la información obtenida en otros ambientes o regiones geográficas.
El segundo paso es el diseño de los ensayos moleculares basados en los
conocimientos de los biomarcadores a utilizar (Anexo 1). Posteriormente, estas
herramientas deben ser optimizadas y evaluadas tanto en el laboratorio como en
estudios a campo, de forma de determinar su precisión y reproducibilidad. Las
distintas etapas del análisis, desde el muestreo hasta el análisis de los resultados,
deben ser estandarizadas. El desarrollo de estas herramientas presenta un gran
potencial para catalizar una transición desde las tecnologías de remediación
basadas en prueba y error actuales hacia enfoques basados en principios científicos,
con resultados más predecibles [100]. Sin embargo, resulta importante difundir la
potencialidad de estas herramientas emergentes y el estado de desarrollo actual de
las mismas a los actores que participan de la respuesta ante un derrame de
hidrocarburos.
Importancia del diseño de muestreo y el análisis estadísticos
Para poder afirmar que la biorremediación está siendo efectiva, se debe
demostrar estadísticamente una desaparición del petróleo más rápida en las áreas
tratadas que en las no tratadas. Además, debe demostrarse que la biodegradación
es la razón mayoritaria para el incremento en la velocidad de desaparición de estos
compuestos. Para el primer punto, la normalización de los datos cromatográficos con
respecto a un marcador conservado (ej. hopano) ha demostrado ser de utilidad, ya
que contribuye a disminuir gran parte de la variabilidad observada entre muestras
[30]. Para poder afirmar que los contaminantes son degradados significativamente
64
Biorremediación de Ambientes Costeros
en mayor medida en los sitios tratados que en los controles, se requiere del uso de
análisis estadísticos que lo soporten. En este sentido, para asegurarse de que los
resultados del monitoreo reflejan la realidad de un ambiente extremadamente
heterogéneo, es importante que el plan de muestreo esté diseñado de acuerdo a
principios estadísticos válidos (randomización, replicación, controles). Para muestras
con un alto grado de heterogeneidad espacial, como es el caso de los derrames en
el medio ambiente costero, deberían utilizarse estrategias estratificadas de
muestreo. Para ello, el sitio de muestreo en una costa marina puede ser dividido en
un número de sectores o cuadrantes basados en la homogeneidad de la
geomorfología dentro de cada sector (por ejemplo zona intermareal alta y baja) para
luego obtener múltiples muestras dentro de cada sector [109].
Con respecto al segundo punto, una forma de inferir la ocurrencia de
procesos de biodegradación es mediante el cálculo de índices basados en la
biodegradabilidad relativa de los distintos componentes del petróleo [15]. Estos
análisis deben complementarse con estudios microbiológicos, los cuales son
capaces de brindar evidencias más directas de los procesos de biodegradación en el
sitio a evaluar. Existen varios componentes que contribuyen a la variabilidad
observada, y afectan la capacidad para obtener resultados estadísticamente válidos
a partir de estos análisis. Estos son la variabilidad natural de las poblaciones en el
sedimento, como así también las variabilidades relacionadas con las distintas etapas
involucradas en los ensayos de laboratorio. Si bien la replicación de los análisis de
laboratorio es necesaria, el mayor esfuerzo debe realizarse en la toma de un alto
número de muestras en el sitio impactado, debido a que esta última presenta los
mayores niveles de variabilidad. Además, es importante tener en cuenta las
condiciones de la toma de las muestras, transporte y almacenamiento, dependiendo
del tipo de análisis que se realizará posteriormente. Condiciones incorrectas en
estas etapas pueden afectar los resultados de dichos análisis.
13- ¿CÓMO SE DECIDE QUÉ TECNOLOGÍA UTILIZAR?
Uno de los primeros puntos a considerar son los objetivos de remediación para
el sitio afectado, los cuales deben ser definidos explícitamente. Por ejemplo, los
65
Biorremediación de Ambientes Costeros
objetivos pueden incluir reducir a niveles aceptables: (i) los riesgos para niños y
adultos, asociados a la ingestión incidental o exposición dérmica de los sedimentos
durante actividades tales como jugar, caminar, o nadar en el sitio; (ii) los riesgos
asociados a la ingestión de peces o mariscos extraídos del sitio; (iii) la toxicidad para
los organismos acuáticos bentónicos del sitio, (iv) los riesgos para las aves y
mamíferos que se alimentan de organismos expuestos a la contaminación [103].
Para poder conocer si estos objetivos de remediación pueden ser alcanzados en un
tiempo razonable (considerando las características del sitio en cuestión), y en última
instancia elegir entre las diferentes alternativas de remediación, se necesita recabar
la siguiente información a partir del sitio:
•
Identificar y cuantificar los contaminantes presentes en el sedimento y en
la biota, su distribución horizontal y vertical
•
Identificar las fuentes de contaminación histórica y cuantificar el impacto de
cualquier fuente que aún continúe activa
•
Comprender qué procesos geomorfológicos afectan la estabilidad del
sedimento en el sitio (resuspensión, transporte, deposición)
•
Comprender los procesos químicos y biológicos claves que afectan el
destino,
transporte
y
biodisponibilidad
de
los
contaminantes
(intemperización)
•
Identificar las principales vías de exposición humana y ecológica para los
contaminantes
•
Proveer una línea de base de datos que puedan ser usada para luego
monitorear la efectividad de la remediación en todos los medios
(generalmente sedimentos, agua y biota)
Es importante tener en cuenta los cambios que pueden haber ocurrido en el
sitio desde el evento de contaminación, por ejemplo en la distribución de los
contaminantes en los sedimentos superficiales y subsuperficiales, en el agua y en la
biota. También el efecto de la época del año en estas distribuciones. La importancia
relativa de estas fuentes de variabilidad dependerá fuertemente del sitio. También es
importante comprender las propiedades que afectan la zona de mezcla, que es la
66
Biorremediación de Ambientes Costeros
capa biológicamente activa del sedimento superficial. Los contaminantes presentes
en esta zona son más proclives a quedar expuestos. En particular, el rol potencial de
los organismos bioturbadores (mezcladores del sedimento, tales como moluscos y
otros invertebrados) deberá ser evaluado en el sitio en cuestión.
Por otra parte, los estudios microbiológicos que se realizan en el sitio
contaminado permiten evaluar el potencial que presentan los microorganismos
presentes en el mismo para la biodegradación de las sustancias contaminantes, y de
esta manera identificar la mejor alternativa de remediación. Cuando la capacidad
natural de remediación del sitio es elevada, la alternativa elegida es habitualmente la
atenuación natural monitoreada. Dicha estrategia depende de los procesos naturales
de degradación o aislamiento de los contaminantes. Si bien en este caso no se
interviene sobre estos procesos naturales, en esta estrategia se realiza un
exhaustivo monitoreo de distintas variables del sitio a lo largo del tiempo, con el fin
de confirmar que los procesos de eliminación de los contaminantes efectivamente
están ocurriendo. La atenuación natural monitoreada se caracteriza por ser no
invasiva y relativamente económica. Su principal limitación es que puede llegar a ser
un proceso muy lento, principalmente cuando las condiciones ambientales son
adversas. Según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos [103],
para poder seleccionar la alternativa de recuperación natural monitoreada, el
responsable de la remediación del sitio debe contar con:
•
una comprensión exhaustiva de los procesos naturales que están
afectando los sedimentos y los contaminantes en el sitio
•
una herramienta predictiva, generalmente basada en modelos de
computación o extrapolación de datos empíricos, para predecir posibles
futuros efectos de estos procesos
•
una evaluación de los riesgos durante el período de recuperación, cuando
sea posible
•
la habilidad de monitorear los procesos naturales y/o la concentración de
contaminantes en sedimentos o biota para corroborar que la recuperación
está ocurriendo a la tasa esperada
La recuperación natural monitoreada es una alternativa válida si el sitio contiene
microorganismos capaces de degradar las sustancias contaminantes en alta
67
Biorremediación de Ambientes Costeros
abundancia y en forma activa, y si los nutrientes y los aceptores de electrones están
presentes en una concentración que permita que la biodegradación ocurra a
velocidades cercanas a la máxima estimada (Figura 20). Otras condiciones del sitio
especialmente conductivas hacia esta estrategia de biorremediación, incluyen:
•
los usos del sitio o nuevas estructuras son compatibles con la recuperación
natural
•
la exposición esperada de los seres humanos es baja y/o puede ser
razonablemente controlada a nivel institucional
•
la capa de sedimento es razonablemente estable
•
los contaminantes se biodegradan fácilmente o se transforman en formas
menos tóxicas
•
la concentración de los contaminantes es baja y cubre áreas difusas
•
los contaminantes muestran poca bioacumulación
En algunos casos resulta imprescindible utilizar estrategias que permitan
acelerar el proceso natural, de manera de alcanzar la remediación del sitio en un
tiempo aceptable y disminuir el riesgo sobre la población y el ecosistema. Las
distintas situaciones en las que se recurre a estrategias de biorremediación
acelerada incluyen: (i) cuando la capacidad degradativa natural es insuficiente para
alcanzar los objetivos de remediación en un tiempo razonable, (ii) en sitios donde
existe la necesidad de proteger un hábitat o recurso en particular, y (iii) en sitios en
donde las poblaciones humanas presentan una alta exposición a la contaminación,
tal como zonas de pesca o recreativas.
En el caso de que existan microorganismos degradadores en el sitio a remediar,
pero que éstos se encuentren en bajas abundancias o con un bajo nivel de actividad,
se recurre a la bioestimulación (Figura 20). Para esta estrategia, es necesario
conocer cuál o cuáles de las condiciones ambientales o nutricionales son las que se
encuentran limitando la velocidad de biodegradación del contaminante, y
modificarlas. Un ejemplo es el agregado de nutrientes, tecnología que ha sido muy
eficiente para remediar ambientes costeros contaminados con hidrocarburos [3, 7].
Los tipos de preparaciones de nutrientes más comúnmente utilizados son los
nutrientes solubles en agua, nutrientes sólidos de liberación lenta, y fertilizantes
68
Biorremediación de Ambientes Costeros
oleofílicos. Cada tipo de nutriente tiene sus ventajas y limitaciones. Los nutrientes
solubles en agua son usualmente aplicados en el campo en forma de spray o
desparramando gránulos sólidos. Este tipo de nutrientes ha sido efectivo en el
incremento de la biodegradación del petróleo en varios ensayos a campo. Son
altamente disponibles para los microorganismos y fácilmente manipulables para
mantener las concentraciones necesarias en el agua intersticial. Sin embargo tienen
la desventaja de que al ser solubles en agua pueden ser lavados fácilmente por la
acción del agua (marea y olas). Además, los nutrientes inorgánicos, en especial el
amonio, deben ser usados con cuidado para no alcanzar niveles tóxicos para los
organismos bentónicos [109].
El uso de fertilizantes de liberación lenta es uno de los enfoques utilizados para
proveer una fuente continua de nutrientes. Estos fertilizantes se encuentran
normalmente en formas sólidas que consisten en nutrientes inorgánicos recubiertos
con material hidrofóbico como parafina o aceite vegetal. Esta forma de agregar
nutrientes puede ser más económica que la anterior debido a que precisa una
aplicación menos frecuente. Sin embargo, un problema de esta tecnología es lograr
el control de las tasas de liberación para que se mantengan las concentraciones
óptimas de nutrientes en el agua intersticial. Si los nutrientes son liberados muy
lentamente, la concentración efectiva nunca llegará a ser suficiente para soportar
altas tasas de biodegradación y la estimulación no será suficiente. Por el contrario, si
son liberados muy rápidamente, sufrirían el lavado al igual que los nutrientes
solubles. Los nutrientes orgánicos oleofílicos son fertilizantes que se adhieren al
petróleo y proveen nutrientes en la interfase agua-petróleo. De esta manera, se
estimula la biodegradación sin necesidad de incrementar la concentración de
nutrientes en el agua intersticial. Este tipo de preparaciones son costosas, y su
efectividad ha demostrado ser variable [109]. Además, contienen carbono orgánico
que puede competir con la degradación del petróleo y resultar en condiciones
anóxicas no deseadas y/o eutroficación.
La efectividad de todos estos tipos de nutrientes dependerá también de las
características del ambiente contaminado. Por ejemplo, los fertilizantes solubles en
agua pueden tener una buena relación costo-beneficio en ambientes de baja energía
y/o de grano fino, donde el lavado por el agua de mar es limitado. En cambio, los
69
Biorremediación de Ambientes Costeros
fertilizantes oleofílicos pueden ser más apropiados para utilizar en costas de alta
energía y grano grueso, con buena oxigenación. Por lo tanto, estos métodos poseen
una alta complejidad, ya que su efectividad depende de múltiples condiciones
ambientales. La aplicación exitosa de estos productos siempre requiere una
evaluación experimental previa en cada sitio a remediar.
El oxígeno también puede limitar la velocidad de biodegradación, dado que los
procesos de degradación de hidrocarburos son más eficientes en presencia de este
aceptor de electrones. En general, el oxígeno no limita la capacidad degradativa en
el medio ambiente marino, en particular en sedimentos con granulometría gruesa o
en costas con una alta energía. Sin embargo, cuando se trata de ambientes
saturados de agua o con sedimentos finos, el consumo de materia orgánica lleva
rápidamente a la anoxia, limitando el proceso biodegradativo [42]. Para asegurar una
disponibilidad adecuada de oxígeno se pueden adicionar compuestos químicos
como el peróxido de hidrógeno, o llevar a cabo el mezclado (tilling) de la matriz. Sin
embargo, estos métodos no suelen ser utilizados en el ambiente marino por su alto
costo y su naturaleza invasiva [109].
Cuando los microorganismos capaces de degradar los contaminantes no se
encuentran naturalmente en el ambiente se recurre a la bioaumentación, es decir, el
agregado de los mismos para acelerar los procesos naturales de remediación del
ambiente
(Figura
20).
En
el
medio
ambiente
marino,
la
presencia
de
microorganismos capaces de degradar hidrocarburos es ubicua, y la implementación
de
protocolos
de
bioaumentación
resulta
normalmente
innecesaria.
Los
microorganismos marinos han estado expuestos a los hidrocarburos a lo largo de su
evolución, y en consecuencia se han adaptado para utilizar hidrocarburos como
fuentes
de
carbono
y
energía.
Existen
preparaciones
comerciales
de
microorganismos que se ofrecen para acelerar el proceso de biodegradación. Sin
embargo numerosos estudios han demostrado que la bioaumentación no logra
incrementar a largo plazo la velocidad de biodegradación de estos compuestos [16].
Los microorganismos exógenos compiten pobremente con la comunidad microbiana
autóctona, por lo que su efecto suele ser muy breve [104, 109]. Además, la
percepción del público con respecto a la incorporación de microorganismos a un
ambiente natural es en general negativa. Sin embargo, la bioaumentación sí resulta
de utilidad en sistemas modificados por ingeniería, como por ejemplo en
70
Biorremediación de Ambientes Costeros
bioreactores. Además, puede ser necesaria durante la biorremediación de
compuestos xenobióticos, los cuales no son compuestos naturales sino que han sido
sintetizados por el hombre. En este último caso, los microorganismos capaces de
degradar estos compuestos no se encuentran tan ampliamente distribuidos, ya que
no han tenido el tiempo necesario para adaptarse a degradar estos compuestos.
En resumen, la decisión de aplicar la biorremediación en un sitio depende de las
condiciones ambientales, microbiológicas y nutricionales presentes en el sitio a
remediar así como de los objetivos de protección del hábitat. Se debe tener en
cuenta la presencia de aceptores de electrones (como el oxígeno) y de nutrientes, la
presencia y actividad de los microorganismos degradadores, las características del
sito y las circunstancias del derrame.
71
Biorremediación de Ambientes Costeros
Figura 20. Estrategias de biorremediación ambiental ante un derrame de petróleo
en un ambiente costero.
72
Biorremediación de Ambientes Costeros
14- CONCLUSIONES
En varios países, como por ejemplo Estados Unidos, Canadá o Gran Bretaña, la
biorremediación ha sido utilizada para la recuperación de sitios contaminados con
hidrocarburos. En nuestro país, en cambio, esta estrategia aún no ha sido
incorporada entre las herramientas de respuesta ante un derrame de hidrocarburos
en ambientes costeros [84]. En este libro intentamos resumir los aspectos más
relevantes relacionados con la remediación de ambientes costeros contaminados
con hidrocarburos, con énfasis en las tecnologías de biorremediación. El mismo está
destinado a las autoridades de aplicación de los planes de contingencia ante
derrames, a las autoridades nacionales y provinciales, y al público en general
interesado en estas temáticas.
A partir de los estudios microbiológicos que se han llevado a cabo en la región y
en el mundo, se desprenden cuáles serían algunas de las investigaciones y los
desarrollos tecnológicos que resultan necesarios para la aplicación de dichas
tecnologías en las costas Patagónicas:
•
incrementar los conocimientos sobre las poblaciones microbianas claves
para la biodegradación de hidrocarburos de las costas Patagónicas, con
énfasis en las variaciones espaciales y temporales
•
realizar estudios a escala de laboratorio para conocer la respuesta de
estas poblaciones microbianas ante un derrame
•
identificar los factores limitantes de la capacidad degradativa del ambiente
en los distintos tipos de costas
•
desarrollar herramientas de estudio de la capacidad degradativa del
ambiente y protocolos estandarizados de análisis
A pesar de los avances logrados en los últimos años, los conocimientos sobre
la capacidad degradativa de los ambientes costeros de la Patagonia son aún
fragmentados, y las líneas de investigación se encuentran en una etapa básica del
conocimiento científico. Sería necesario por lo tanto avanzar en la generación de
proyectos más aplicados e interdisciplinarios, y para ello sería de gran utilidad el
73
Biorremediación de Ambientes Costeros
coordinar los esfuerzos individuales observados en la actualidad. Por ejemplo, se
podrían generar oportunidades de discusión sobre este tema, en el marco de
reuniones con formato de taller o mesa redonda, que incluyan expertos en las
distintas disciplinas involucradas en la biorremediación y distintos actores públicos y
privados. A partir de estas reuniones de trabajo, se podrían priorizar ciertas líneas de
desarrollo tecnológico, tendientes a generar protocolos de biorremediación
específicos para la región. El disponer de estos conocimientos, herramientas y
protocolos ya desarrollados y específicos para las costas Patagónicas será de gran
utilidad en caso de ocurrir un derrame de magnitud. Además, se podrían utilizar para
la remediación de los ambientes crónicamente contaminados presentes en nuestras
costas.
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82
Biorremediación de Ambientes Costeros
ANEXO
METODOLOGÍAS UTILIZADAS PARA EL ESTUDIO DE
LOS MICROORGANISMOS AMBIENTALES
La principal dificultad que existe para
estudiar a una comunidad microbiana es su
extrema complejidad, dado que está compuesta
por cientos o miles de microorganismos diferentes.
Por lo tanto, las metodologías utilizadas para su
estudio intentan simplificar el sistema en estudio
para permitir su análisis. Por ejemplo, el sistema
puede simplificarse estudiando un microorganismo a la vez, por medio de su
aislamiento en el laboratorio y su posterior caracterización [17]. Alternativamente,
puede simplificarse estudiando solamente un gen presente en todos o parte de los
microorganismos de la comunidad [46]. Sin embargo, los grandes avances
tecnológicos ocurridos en la última década, permiten el estudio de sistemas cada
vez más complejos, lográndose un conocimiento cada vez más profundo de las
comunidades microbianas [21, 35, 52, 102]. En las próximas secciones
describiremos las dos principales estrategias utilizadas para estudiar a los
microorganismos ambientales: métodos dependientes e independientes del cultivo
de microorganismos.
Métodos dependientes del cultivo de microorganismos
La obtención de microorganismos en cultivo representa el enfoque tradicional
de la microbiología ambiental. A pesar de la imposibilidad de cultivar la mayor parte
de los microorganismos ambientales, esta estrategia continúa siendo altamente
relevante, dado que sólo es posible conocer en detalle la fisiología y el metabolismo
de determinados grupos microbianos a partir del análisis de los microorganismos
aislados. El cultivo de un microorganismo también permite estudiar en detalle a sus
83
Biorremediación de Ambientes Costeros
genes, por ejemplo por medio de la determinación de sus secuencias de nucleótidos.
Gracias al avance de las tecnologías de secuenciación, ahora es frecuente
determinar la secuencia completa del genoma de un microorganismo, el cual es el
conjunto de genes presentes en el mismo. Además, muchos de los microorganismos
que son cultivados en el laboratorio presentan características que los hacen útiles
para el ser humano, por medio de su aprovechamiento biotecnológico [24].
1- Enriquecimientos y aislamientos:
Cuando exponemos a una comunidad microbiana en el laboratorio a
condiciones particulares (por ejemplo por medio del agregado de hidrocarburos)
estamos favoreciendo el crecimiento de ciertos grupos microbianos que son
beneficiados por estas nuevas condiciones. A este tipo de incubación se la
denomina enriquecimiento,
y es comúnmente el
primer paso realizado para el aislamiento de los
microorganismos
ambientales.
La
comunidad
microbiana resultante, ya simplificada, puede ser
sometida a nuevos cultivos de enriquecimiento, o
sembradas en medios selectivos con el fin de
obtener cultivos puros. Estos microorganismos son
sembrados en al menos tres oportunidades para
asegurar su pureza, e inmediatamente preservados.
El medio de cultivo a utilizar dependerá del
tipo de microorganismo que deseamos aislar, y el
mismo será adicionado con un agente solidificante
para su cultivo en placas de Petri. Habitualmente,
se utiliza agar como agente solidificante, el cual es
un polisacárido obtenido a partir de algas marinas,
similar a la gelatina. Además de la siembra en
superficie en placas de Petri, se pueden realizar diluciones sucesivas en medio
líquido hasta aislar microorganismos individuales. También pueden separarse
células individuales en forma manual, e incorporarlas al medio de cultivo para su
crecimiento.
84
Biorremediación de Ambientes Costeros
2- Nuevos métodos para el cultivo de los microorganismos:
Existen varias razones por las cuales la mayor parte de los microorganismos
ambientales no pueden ser cultivados en el laboratorio. Por ejemplo, se conoce muy
poco sobre los requerimientos nutricionales y ambientales de los microorganismos,
que suelen ser complejos. Los medios artificiales utilizados en el laboratorio
generalmente contienen concentraciones muy elevadas de nutrientes, alejadas de
las condiciones naturales presentes en el medio ambiente. Bajo estas condiciones,
los microorganismos de rápido crecimiento impiden el aislamiento de aquellos de
lento crecimiento, que son ecológicamente más relevantes. Además, al ser
separados en medios sólidos, los microorganismos pierden las interacciones
existentes entre los distintos miembros de la comunidad, a menudo esenciales para
su crecimiento. Debido a ello, muchos de los microorganismos capaces de crecer en
cultivos de enriquecimiento en medio líquido no son recuperados en los
aislamientos.
En los últimos años se han desarrollado varias metodologías de cultivo
novedosas, con el fin de aumentar el porcentaje de microorganismos que pueden
ser cultivados en el laboratorio. Estas estrategias incluyen el tratar de simular los
ambientes naturales, por ejemplo utilizando medios de cultivo con bajas
concentraciones de nutrientes, o realizando los cultivos de enriquecimiento en los
mismos ambientes, separados por sistemas de membranas [79]. Otra estrategia
consiste en utilizar largos tiempos de incubación luego de realizar diluciones de la
comunidad microbiana, o cultivar dos tipos celulares juntos para imitar las
interacciones naturales que ocurren en la comunidad. Gracias a estas estrategias,
se ha logrado incrementar de forma importante la recuperación de microorganismos
en cultivo a partir de las comunidades microbianas naturales.
Métodos independientes del cultivo de microorganismos
Dado que la mayoría de los microorganismos marinos (más del 99,9%)
actualmente no pueden cultivarse en el laboratorio utilizando métodos tradicionales,
desde hace ya varias décadas se han comenzado a desarrollar métodos que
permiten estudiarlos sin recurrir a su cultivo [24, 35, 46, 52, 102]. Si bien estas
metodologías tampoco se encuentran libres de desvíos, presentan la ventaja de
85
Biorremediación de Ambientes Costeros
permitir estudiar a las poblaciones microbianas, independientemente de si pueden
cultivarse o no en el laboratorio. Este tipo de estrategias aprovecha las diferencias
que existen en sus moléculas biológicas (por ejemplo ADN, ARN o proteínas) entre
los distintos microorganismos. Esto se debe a que las características morfológicas
varían muy poco entre los microorganismos, en particular en las bacterias y las
arqueas, por lo que estas características son de poca utilidad para la identificación
de los microorganismos ambientales.
El primer paso en las estrategias
MUESTRA AMBIENTAL
independientes del cultivo suele ser la
ruptura
de
las
células
RUPTURA CELULAR
microbianas
presentes en la muestra ambiental, la cual
PURIFICACIÓN DE
puede realizarse por ejemplo por acción
BIOMOLÉCULAS
(ADN, ARN, PROTEÍNAS)
mecánica o de forma enzimática.
La ruptura celular es llevada a cabo
directamente
a
partir
de
la
ANÁLISIS
muestra
ambiental, sin un paso previo de extracción de los microorganismos de la muestra,
dado que muchos microorganismos están fuertemente unidos a la matriz ambiental
(por ejemplo los sedimentos) y por lo tanto resultan muy difíciles de separar. La
ruptura celular es seguida por la purificación de la o las biomoléculas elegidas. La
biomolécula más comúnmente utilizada es el ADN, debido a que es fácil de purificar,
es muy estable y existen numerosas metodologías
para su estudio.
Las distintas biomoléculas aportan diferente
tipo de información, de acuerdo a su función dentro
de la célula. Por ejemplo, el ADN almacena la
información genética del microorganismo, por lo que
su estudio informará sobre quienes son los
microorganismos
presentes
en
la
comunidad
microbiana, y qué es lo que podrían potencialmente
hacer, es decir, su potencial genético. En cambio,
cuando estudiamos el ARN mensajero (ARNm),
producto de la transcripción de estos genes y que
86
Biorremediación de Ambientes Costeros
resultarán en la biosíntesis de proteínas, estamos obteniendo información cada vez
más cercana sobre a la función que estarían cumpliendo los microorganismos dentro
de esta comunidad. Las proteínas forman parte de la estructura de las células, y
participan en los procesos metabólicos de las mismas, por lo que cumplen funciones
esenciales en las células microbianas. Debido a su función esencial para el
metabolismo de los microorganismos, el estudio de las proteínas aportará
información sobre los procesos realmente llevados a cabo en la comunidad.
Entonces, dependiendo de qué tipo de pregunta se desea responder, se
seleccionará una determinada biomolécula para su estudio.
PREGUNTA
BIOMOLÉCULA
¿Qué microorganismos integran la comunidad?
ADN, ARNr
¿Qué es lo que pueden potencialmente hacer?
ADN, ARNm
¿Qué es lo que están haciendo?
PROTEÍNAS
1- ¿Qué métodos se utilizan para identificar a los microorganismos que
integran una comunidad?
Para conocer quiénes son los microorganismos que integran una comunidad
microbiana, generalmente se utiliza como blanco de estudio al gen que codifica para
la subunidad pequeña del ARN ribosomal (gen ARNr 16S en procariotas y 18S en
eucariotas) [102]. El ARNr y las proteínas ribosomales conforman los ribosomas, los
cuales son responsables de la síntesis de las proteínas de la célula. Debido a la
función esencial de los ARNr, todas las células vivas contienen genes que codifican
para los ARNr 16S o 18S, a menudo en múltiples copias. Además, estos genes
contienen zonas que evolucionan muy lentamente (llamadas regiones conservadas)
y otras zonas que evolucionan rápidamente (llamadas regiones hipervariables), lo
que los hace ideales para estudiar las relaciones evolutivas que existen entre los
seres vivos, y también para identificar a los microorganismos.
La molécula de ARNr toma una estructura secundaria compleja dentro de los
ribosomas, al tomar contacto con las otras moléculas que integran esta estructura.
87
Biorremediación de Ambientes Costeros
Debido
a
ello,
algunas partes del
gen
(las
regiones
hipervariables)
pueden
evolucionar
más rápidamente sin
afectar la función del
ribosoma,
mientras
que otras regiones
del gen resultan más
conservadas
evolutivamente. Una
de las formas más
sencillas de estudiar
quiénes
son
los
microorganismos
que
integran
una
comunidad
es
aprovechar
estas
regiones altamente conservadas del gen para diseñar ensayos de reacción en
cadena de la polimerasa (PCR, del inglés polymerase chain reaction). Esta reacción
consiste en la amplificación (multiplicación del número de copias) de un fragmento
del gen en cuestión, a partir del ADN purificado de la comunidad. Una vez
amplificados, estos fragmentos pueden ser separados o analizados utilizando
múltiples técnicas, aunque el objetivo final es determinar su secuencia. Estas
secuencias son luego comparadas con las existentes en bases de datos, obtenidas
a partir de microorganismos cultivados, para lograr así identificar el microorganismo
del cual proviene dicho gen, en este caso el del ARNr. Una de las metodologías más
modernas y poderosas desarrolladas para estudiar estos fragmentos amplificados
por PCR consiste en determinar su secuencia utilizando tecnologías de
secuenciación de segunda generación, de reciente desarrollo [38, 102]. Esta
estrategia presenta dos ventajas. En primer lugar permite analizar decenas de miles
de genes ARNr simultáneamente a partir de la comunidad, logrando así identificar
los microorganismos presentes con una profundidad de análisis adecuada para el
88
Biorremediación de Ambientes Costeros
estudio de comunidades microbianas complejas. En segundo lugar, permite estimar
qué tan abundantes son cada uno de los integrantes de la comunidad, basándose en
qué tan frecuentemente son detectados cada uno de los tipos de genes dentro de la
comunidad. Estos dos tipos de información (quiénes integran la comunidad y qué tan
abundantes son) es lo que se conoce como estructura de una comunidad
microbiana. Sin embargo, debido a las limitaciones de la técnica de PCR en este
sentido, este último punto puede presentar importantes desvíos con respecto a las
abundancias de las poblaciones naturales.
2- ¿Qué métodos se utilizan para evaluar el potencial metabólico de los
microorganismos que integran una comunidad?
Cuando el objetivo es estudiar la capacidad que presenta una comunidad
microbiana para llevar a cabo algún proceso en particular, como por ejemplo la
biodegradación de una sustancia contaminante, se utiliza como blanco de análisis un
gen que esté directamente relacionado con este proceso. La degradación de las
sustancias contaminantes es llevada a cabo a través de una serie de reacciones
enzimáticas que van transformando a los compuestos biodegradados en estructuras
cada vez más sencillas. En el caso de las bacterias que utilizan hidrocarburos como
sustrato para su crecimiento, habitualmente se estudian los genes que codifican a
alguna de las enzimas que forman parte de de las vías degradativas de estos
compuestos [46]. A estos genes se los llama biomarcadores.
¿QUÉ ES UN GEN BIOMARCADOR?
Un gen biomarcador es un gen que se encuentra asociado a una actividad
de interés, y por lo tanto es elegido como blanco de estudios
moleculares. El biomarcador proveerá información sobre la capacidad
para ejercer la actividad de interés en la comunidad en estudio. En el
caso de la biodegradación de hidrocarburos, se utilizan genes que
codifican para enzimas oxigenasas, las cuales catalizan el primer paso de
la ruta degradativa de estos compuestos en condiciones aeróbicas [46].
89
Biorremediación de Ambientes Costeros
Una forma de estudiar estos genes es amplificarlos por PCR, como se explicó
anteriormente,
y
analizar
los
fragmentos
amplificados
utilizando
diversas
metodologías moleculares. Por ejemplo, es posible saber si el gen biomarcador está
presente en la comunidad (en concentraciones superiores al límite de detección de
la técnica), y es posible conocer la secuencia de los fragmentos amplificados. Para
ello, generalmente los fragmentos son clonados y multiplicados en una célula
hospedadora, habitualmente Escherichia coli, lo cual permite su posterior análisis.
Una mejora de esta técnica básica ha permitido utilizar la técnica de PCR para
estimar la abundancia del gen biomarcador dentro de la comunidad de forma rápida
y precisa. Esta técnica es llamada PCR cuantitativa, o qPCR (del inglés quantitative
PCR). Es importante volver a resaltar que la presencia de dichos genes sólo es
indicativa del potencial metabólico de la comunidad en estudio, y no garantiza la
actividad metabólica de interés en el ambiente contaminado, la cual depende de que
se den las condiciones favorables [100]. Sin embargo, un aumento en la abundancia
de determinados genes es indicativa de una selección de poblaciones que puede
relacionarse con un proceso biodegradativo (por ejemplo mediante la disminución de
los niveles del contaminante). La qPCR es considerada la opción más adecuada
para ser utilizada a campo durante la biorremediación ambiental [53, 100]. Esto es
debido a que permite obtener información sobre la abundancia de los
microorganismos directamente involucrados con la biodegradación, y pueden
analizarse un gran número de muestras de forma rápida. El principal problema para
su implementación radica en la falta de información sobre los biomarcadores del
proceso, por lo que más estudios resultan necesarios para poder implementar este
tipo de análisis microbiológicos.
90
Toma de
muestras
Análisis
fisicoquímicos y
ambientales
Amplificación
del gen
biomarcador
Extracción
de ADN
Clonado de los
fragmentos
amplificados
Métodos
dependientes del
cultivo de
microorganismos
Análisis de las poblaciones microbianas degradadoras
de
hidrocarburos
utilizando
una
estrategia
independiente del cultivo de microorganismos
(flechas amarillas), complementado con el análisis de
las características del sitio muestreado (flecha
celeste), y el aislamiento de microorganismos capaces
de utilizar hidrocarburos como sustratos para su
crecimiento (flecha anaranjada).
Análisis
filogenético de
las secuencias
91
Secuenciación
de los
fragmentos
amplificados
Biorremediación de Ambientes Costeros
Las técnicas de secuenciación de segunda generación también pueden ser
utilizadas para obtener las secuencias de fragmentos al azar del ADN purificado a
partir de la comunidad [35]. Esta estrategia, denominada metagenómica, permite
caracterizar en gran profundidad a la comunidad microbiana, y muchas veces
reconstruir genomas completos de los organismos más abundantes, permitiendo así
comenzar a comprender principios básicos de su funcionamiento que pueden
favorecer el desarrollo de tecnologías de biorremediación. Otra estrategia que ha
sido posible sólo a partir del desarrollo de las tecnologías de secuenciación de
segunda generación ha sido la secuenciación de gran parte de los genes de una
única célula, elegida y separada a partir de una comunidad microbiana [52]. Esta
estrategia, llamada genómica de células individuales (del inglés single-cell
genomics), es a menudo utilizada de forma complementaria con la estrategia
metagenómica.
METAGENÓMICA Y GENÓMICA DE CÉLULAS
INDIVIDUALES
Comunidad
microbiana
GENÓMICA DE
CÉLULAS
INDIVIDUALES
METAGENÓMICA
ADN
ADN
Secuenciación
Secuenciación
92
Biorremediación de Ambientes Costeros
Otras biomoléculas que pueden utilizarse como blanco de los análisis
moleculares son los transcriptos de los genes biomarcadores (ARN mensajero) o las
proteínas sintetizadas a partir de los mismos, es decir las mismas enzimas que
participan de la vía degradativa del hidrocarburo. Si bien estas biomoléculas aportan
una información más cercana a la actividad de interés, su estudio resulta mucho más
complejo y hasta el momento han sido poco utilizadas en el contexto de la
remediación de sitios contaminados.
93