Biotecnología Ambiental II

Biotecnología Ambiental
P a r t e  d o s
por M. A. Loera Sánchez


Metales pesados y radiación

La contaminación de suelos y cuerpos de agua con metales pesados también es un grave problema ecológico (1). Entre los principales metales pesados contaminantes están: zinc, cobre, arsénico, magnesio, calcio, cadmio, plomo, plata y mercurio. 

Los desagües industriales y mineros, las emisiones de los automóviles, los fertilizantes fosfatados, las particularidades geológicas de una región y eventos como erupciones volcánicas, son fuentes conocidas de metales pesados que terminan contaminando el ambiente. Algunos metales pesados -como el cadmiono son metabolizados por los seres vivos, por lo que tienden a acumularse en sus tejidos y finalmente llegan al consumo humano en altas concentraciones, produciendo efectos tóxicos. Este fenómeno ha sido observado principalmente en moluscos y peces y en cultivos terrestres tratados con agua contaminada. (2, 3, 4 y 5)

Fitorremediación.
Tomado de: American Society of Plant Biologists
Una de las metodologías de biorremediación de metales pesados desarrollada en las últimas décadas es el uso de plantas, o fitoremediacion (6, 7 y 8). 

Algunas plantas son capaces de acumular metales pesados en grandes cantidades, por lo que son conocidas como “hiperacumuladoras”; sin embargo, estas plantas exhiben una tasa de crecimiento lenta, lo que limita su aplicación en esquemas de biorremediación (9). Por otra parte, el uso de plantas comestibles también se ha explorado, pues su tasa de crecimiento es más alta, incluso llegando hasta dar lugar alo que se conoce como “biofortificación“, que es el uso de las propiedades de algunas plantas comestibles para capturar metales importantes en la dieta como el zinc y el magnesio.

Existen también organismos con la capacidad de transformar metales pesados hacia estados menos tóxicos o más fáciles de extraer(10 y 11). 

Geobacter.
Tomado de: NASA Science
Uno de los ejemplos más interesantes son las bacterias del género Geobacter, las cuales son capaces de bioremediar zonas impactadas por uranio al reducir el uranio(VI) a uranio(IV), una forma menos soluble. Por si fuera poco, las bacterias del género Geobacter también pueden ser utilizadas para generar bioelectricidad y sus particularidades de conducción eléctrica las hace útiles para su uso en circuitos. El proyecto Geobacter ha generado una gran cantidad de estudios sobre las aplicaciones de Geobacter y las muestra en su sitio.

Otro tipo de bacterias de interés, son las del género Shewanella. Este tipo de bacterias también son capaces de generar electricidad utilizando una amplia variedad de aceptores de electrones, haciéndolas útiles para esquemas de biorremediación, especialmente de algunos radionúclidos y de compuestos orgánicos halogenados. Sin embargo, la actividad de Shewanella puede resultar contraproducente en algunos casos, como en la del arsenato y el mercurio(II), los cuales son reducidos a especies químicas con mayor potencial tóxico (12).

Cadena de transporte de electrones extracelular
en Shewanella oneidensis.
Tomado de: Fredrickson, et al., (2008).
Otros de los lugares que frecuentemente se encuentran contaminados por altas concentraciones de metales pesados, son los sitios de desechos radiactivos. Sin embargo, el uso de microrganismos comunes para intentar biorremediar estos lugares es prácticamente inviable, pues las altas intensidades de radiación impiden su crecimiento. 

El procedimiento general para encontrar organismos con cualidades útiles se basa en encontrar la manera de ejercer una presión selectiva en la que resulten beneficiados los organismos con esa función de interés. Por ejemplo, si se están buscando organismos con la capacidad de metabolizar compuestos aromáticos o de sobrevivir a altas concentraciones de metales pesados, es precisamente a través la exposición a estas condiciones adversas lo que va a permitirnos identificarlos.

Deinococcus radiodurans.
Tomado de: Cox y Battista, (2005).
Los microrganismos resistentes a la radiación no son la excepción. De hecho, en un reporte se comenta la relativa facilidad con la que se han logrado aislar a estos organismos –el procedimiento consiste básicamente en hacer un cultivo de muestras ambientales en presencia de altas dosis de radiación- e incluso los autores de dicho estudio instan a los lectores a enviarles muestras para que ellos las procesen, en busca de microrganismos resistentes a la radiación (13).

Unos de estos microrganismos son las bacterias del genero Deinococcus, algunas de las cuales se reporta que pueden soportar hasta 15,000 Gy (1,500,000 Rads). 

Para poder hacernos una idea de la extraordinaria capacidad de las bacterias Deinococcus basta con indicar que para un ser humano una dosis de 5 Gy es letal y para otros organismos también resistentes -como Caenorhabditis elegans, Ustilago maydis y algunas arqueas- el rango de tolerancia máxima va de los 3,000 Gy a los 5,000 Gy (14 y 15).

Los Deinococci no presentan naturalmente cualidades excepcionales en lo que respecta a la biorremediación de metales pesados, por lo que han sido sujetos a varios estudios en busca de modificarlos genéticamente con genes útiles para la biorremediación procedentes de organismos que no podrían soportar dosis tan altas de radiación.


La fitorremediación y los distintos microorganisos con habilidades particulares hacen posible que esquemas de biorremediación de metales pesados pueda desarrollarse desde en tanques industriales hasta directamente en sitios impactados.

Más adelante continuaremos con una exposición sobre bioabsorción y algunos proyectos de iGEM sobre biorremediación interesantes.

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