REVISTA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA DE LA UNIVERSIDAD VERACRUZANA
Septiembre-Diciembre 2016
ALEXITIMIA

¿VERDADES HISTÓRICAS?

EL MAL DEL MUNDO MODERNO

LA CLAVE DE LA EVOUCIÓN HUMANA

LA DIVERSIDAD MICROBIANA (NECESARIA Y PELIGROSA)

BACTERIAS DEL SUELO: USO POTENCIAL EN LA BIODEGRADACIÓN DE HIDROCARBUROS

EL GUSANO PRODUCTOR DE SEDA

EL BARREDOR DE LAS MILIÁCEAS (UN PROBLEMA FORESTAL)

LAS CALATOLAS EN MÉXICO

LOS ÁRBOLES AL SERVICIO DEL AMBIENTE

MÁS ALLÁ DE UNA LÍNEA DE ÁRBOLES

RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS: ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO

VERMICOMPOSTAJE EN CASA: RECICLADO DE RESIDUOS ORGÁNICOS

LA RESTITUCIÓN DE MARTINE DE BERTEREAU PIONERA DE LA GEOLOGÍA ECONÓMICA

EL MEDIO AMBIENTE: MEDALLA DE ORO EN JUEGOS OLÍMPICOS

Contenido

 
ECOLOGÍA Y CONSERVACIÓN

BACTERIAS DEL SUELO: USO POTENCIAL EN LA BIODEGRADACIÓN DE LA HIDROCARBUROS

ALFREDO HIRAM GONZÁLES MURILLO
ALBERTO MENDOZA HERRERA

Los géneros Azospirillum y Sphingobium son conocidos por su versátil metabolismo y su capacidad para degradar una amplia gama de contaminantes ambientales.

La aplicación de técnicas de análisis del medio ambiente ha dado a la sociedad información relevante sobre el estado en que se encuentra éste. El aire, el agua, el suelo y el entorno en que vivimos están contaminados por una amplia variedad de químicos sintéticos y compuestos orgánicos que provienen de las actividades industriales y agrícolas, entre otras.

Se ha comprobado que algunos procesos biológicos pueden modificar moléculas orgánicas. Los procesos que utilizan enzimas para transformar compuestos químicos comúnmente generan una amplia modificación en la estructura y las propiedades tóxicas de las sustancias contaminantes o potencialmente contaminantes y, en la mayoría de los casos, neutralizan sus efectos nocivos.
Las transformaciones, que ocurren en plantas y mayormente en animales, pueden ocasionar cambios en una gran cantidad de sustancias químicas. Se ha demostrado que los microorganismos, de acuerdo con la información disponible, son el mayor agente responsable de las transformaciones biológicas en el suelo, en los sedimentos, en las aguas residuales y superficiales y en los ríos. A partir de tales conocimientos, en las últimas décadas se ha buscado revertir la contaminación en el medio ambiente a través de la utilización de dos procedimientos: la biodegradación y la biorremediación.
La biodegradación consiste en la reducción de las sustancias químicas mediante reacciones biológicas; es utilizada como parte de la biorremediación, que puede definirse como el uso de microorganismos para llevar a cabo la transformación, degradación y eliminación de contaminantes, siendo dependiente de las actividades enzimáticas de las bacterias.
Como dato adicional se puede mencionar la fitorremediación, basada en el uso de plantas, en la cual la rizosfera acelera la biodegradación de diversos componentes orgánicos como los productos derivados del petróleo, pesticidas, etcétera.

Los microorganismos son el mayor agente responsable de las transformaciones biológicas en el suelo, en los sedimentos, en las aguas residuales y superficiales y en los ríos.

BIODEGRADACIÓN
Como ya se ha mencionado, la biodegradación es la transformación biológica de una molécula compleja contaminante en una molécula más sencilla que no hace daño a los animales ni a los seres humanos. En el caso de compuestos orgánicos, comúnmente la biodegradación, aunque no en todos los casos, tiende a la transformación del compuesto original en bióxido de carbono (CO2) y productos inorgánicos que son liberados por el microorganismo.
Según Alexander (1999), algunas condiciones que se deben cumplir para que la biodegradación se efectúe en un ambiente son:

  • El microorganismo debe poseer las enzimas necesarias para que se lleve a cabo la degradación. La presencia de un microorganismo con el apropiado potencial biodegradador de contaminantes es indispensable, pero no suficiente para que el proceso se lleve a cabo.
  • El microorganismo debe estar presente en el medio que contiene el químico.
  • La sustancia química debe ser accesible para el organismo que posea las enzimas.
  • Si la enzima que lleva a cabo la biodegradación se encuentra dentro de la célula, la molécula debe ingresar al interior de esa célula para que se pueda realizar la digestión o eliminación del contaminante.
  • Debido a que la población inicial de microorganismos que actúan sobre el contaminante es poca, las condiciones del ambiente deben ser propicias para permitir su desarrollo.

DOS GÉNEROS BACTERIANOS
México tiene intensas actividades petroleras y petroquímicas que introducen graves cambios en los ecosistemas donde se realizan, dando pie a numerosos problemas de contaminación por fugas y derrame de productos derivados del petróleo que alteran las propiedades físicas, químicas y biológicas del agua y del suelo, exponiendo a las poblaciones humanas y de vida silvestre a riesgos considerables en su salud.
Recientemente se ha puesto énfasis en el estudio de la capacidad de biodegradación a través de dos géneros bacterianos: Azospirillum, previamente investigado como bacteria promotora del crecimiento vegetal, aunque en años recientes se ha demostrado que también posee potencial biodegradador de hidrocarburos e incluso de productos xenobióticos (sintetizados en el laboratorio por el ser humano) (Muratova et al., 2005), y Sphingobium, ampliamente estudiado como biodegradador de hidrocarburos. Cabe mencionar que ambos géneros de bacterias habitan normalmente en las raíces de las plantas, en una zona llamada rizosfera.

El rizoplano es la parte externa de la raíz que está en contacto directo con el suelo. La rizosfera es la parte de suelo que está en contacto directo con la raíz y es influenciado por la misma; ese volumen de suelo asociado, generalmente se extiende de 1 a 5 milímetros desde la superficie de las raíces.
En esos sitios vive la mayor parte de los microorganismos del suelo, ya que éstos son atraídos por la gran cantidad de sustancias que las plantas secretan en forma de carbohidratos y aminoácidos, creando un ambiente propicio para el aumento de la actividad y el desarrollo de las comunidades microbianas, debido a la alta disponibilidad de nutrientes.

CARACTERÍSTICAS

Los microorganismos son el mayor agente responsable de las transformaciones biológicas en el suelo, en los sedimentos, en las aguas residuales y superficiales y en los ríos.

Azospirillum es un género de bacterias de vida libre fijadoras de nitrógeno, que son gram-negativas (pues no se tiñen, dada su doble membrana celular) y presentan forma de bacilo. Es habitante de la rizosfera y rizoplano de una amplia variedad de plantas, desde cereales como el maíz y el trigo, hasta pastos forrajeros e incluso en agaves como el henequén.
Desde su descubrimiento este género ha sido ampliamente estudiado debido a su capacidad para formar asociaciones simbióticas bacteria-planta y actuar como bacteria promotora de crecimiento vegetal (bpcv), otorgándole múltiples beneficios a la planta: estimulación del crecimiento, incremento en la biomasa, mayor resistencia a la sequía y protección contra patógenos.
El efecto bioestimulante de Azospirillum es debido a la producción de una hormona vegetal, el ácido indolacético (aia). Una de las bacterias más importantes y estudiadas de este género bacteriano es Azospirillum brasilense, ya que posee las cualidades antes mencionadas.
Por su parte, Sphingobium también es un género de bacterias gram-negativas en forma de bacilo, aerobios estrictos que pueden ser mótiles o inmóviles, que están ampliamente distribuidas en la naturaleza, siendo aisladas del suelo, de sedimentos, de diversos cuerpos de agua como ríos y aguas residuales, en asociaciones con plantas, en muestras clínicas, así como en suelos contaminados con diversos hidrocarburos.
Estas bacterias son conocidas por su versátil metabolismo y su capacidad para degradar una amplia gama de contaminantes ambientales, entre ellos hidrocarburos derivados del petróleo, dado que utilizan los contaminantes como fuente de carbono y energía.
Una de las cepas de este género con mayor importancia es Sphingobium yanoikuyae, cepa B1 que fue originalmente aislada por su capacidad para utilizar fenoles (como el bifenilo, un hidrocarburo) como su única fuente de carbono. La cantidad de hidrocarburos que puede degradar es amplia, se incluyen compuestos como antraceno, benzopireno, naftaleno, fenantreno, tolueno, m-xileno, entre otros.

POTENCIAL
Desde hace ya varios años se ha demostrado que la presencia de hidrocarburos en un suelo contaminado deriva en el aumento de bacterias de vida libre fijadoras de nitrógeno (Bossert y Bartha, 1984). Más recientemente, Miranda-Martínez et al. (2007) estudiaron cepas bacterianas degradadoras de fenoles y bacterias fijadoras de nitrógeno atmosférico, entre ellas Azospirillum brasilence y A. halopraeferens.
Se ha observado que A. brasilence SR80 fue capaz de degradar el petróleo crudo, colonizar las raíces de la planta de trigo y producir AIA. Se observó también que el petróleo crudo estimulaba el crecimiento de la bacteria y ésta, a su vez, estimulaba el crecimiento de las raíces de la planta, lo que llevó a un incremento en el nivel de degradación del petróleo. Estos estudios son un claro ejemplo del potencial biodegradador y fitorremediador de esas bacterias.
En lo que respecta a las bacterias del género Sphingobium, tienen gran versatilidad metabólica y pueden transformar una alta cantidad de contaminantes, incluidos los hidrocarburos derivados del petróleo. La mayoría de los estudios sobre ellas han sido dirigidos a su capacidad de biodegradación, pues la mayoría de sus miembros tienen la información genética necesaria para adaptarse y transformar diversos compuestos. La cepa clave en la que se enfocan los estudios es Sphingobium yanoikuyae.
Otra característica adicional de este género es la capacidad de formar biopelículas (colonias de bacterias adheridas a una superficie que presentan un crecimiento en capas, además de secretar diversas sustancias que las mantienen unidas), esta particularidad hace a sus integrantes microorganismos adecuados para el tratamiento de contaminantes persistentes y de lenta degradación.
La importancia de la biodegradación de hidrocarburos contaminantes radica en que éstos son altamente persistentes en la naturaleza, además algunos pueden ocasionar cáncer, es por eso que es necesario e indispensable el tratamiento de las zonas afectadas por fugas y derrames, para salvaguardar así la salud de las poblaciones silvestres y humanas.
En el Centro de Biotecnología Genómica-IPN, en Tamaulipas, se estudian bacterias clave de los dos géneros abordados, para evaluar su potencial biodegradador y a corto plazo obtener un bioproducto efectivo en la restauración de ambientes contaminados, todo mediante el proceso de biorremediación mediado por estas bacterias.

Para el lector interesado:

  • Alexander, M. 1999. Biodegradation and bioremediation. EUA: Academic Press.
  • Bossert, I. y R.A. Bartha. 1984. “The fate of petroleum in soil ecosystems”. Petroleum Microbiology. RM Atlas (Ed.), Nueva York: McMillan Publ., pp. 435-437.
  • Gibson, D.T. 1999. Beijerinckia sp. strain B1: a strain by any other name. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 23(4-5):284-293.
  • Martínez Romero, E. y J.C. Martínez Romero. Microbios en línea. En: http://www.biblioweb.tic.unam.mx/ libros/microbios, última consulta: 5 de julio de 2016.
  • Miranda-Martínez, M. del R., J. Delgadillo-Martínez, A. Alarcón y R. Ferrera-Cerrato. 2007. Degradación de fenantreno por microorganismos en la rizósfera del pasto alemán. Terra Latinoamericana, 25(1):25-33.