Por José Lázaro Francés Mesa y Nayeris Brito Espinosa, estudiantes de la Facultad de Biología de la Universidad de La Habana
La escasez de tierras agrícolas, el crecimiento de la población, la pérdida de alimentos por desastres naturales y plagas, y la crisis del agua son factores que limitan el desarrollo económico de los países en vías de desarrollo. Aumentar los rendimientos agrícolas en el futuro será difícil bajo estas restricciones. Para lograr los objetivos alimentarios, los agricultores han adoptado tecnologías avanzadas como semillas híbridas, riego sistemático y uso de fertilizantes y pesticidas químicos.
Sin embargo, estos avances agrícolas han generado amenazas ambientales como disminución de la fertilidad del suelo, mayor acidificación, mayor lixiviación de nitratos, más resistencia de malezas a herbicidas y menor biodiversidad del suelo.
El uso excesivo e inadecuado de pesticidas afecta a todo el ecosistema, ya que sus residuos contaminan la cadena alimentaria, el suelo, el aire y las aguas. Estos productos químicos también se han demostrado peligrosos para la salud (Gangola et al, 2023).
El informe del Banco Mundial “What a Waste 2.0” indica que el mundo produce 2,010 millones de toneladas de residuos sólidos urbanos al año, de los cuales al menos el 33 por ciento no se gestiona de manera ambientalmente responsable. Por ejemplo, la basura plástica que asfixia nuestros océanos y representa el 90 por ciento de todos los desechos marinos (Figuras 1, 2, 3 y 4) (Kaura et al, 2023).


Fotos: Cunningham, W. P., Cunningham, M. A., O’Reilly, C. M. & Winsett, K. E. (2024). Environmental SCIENCE A Global Concern, 16th Ed. McGraw Hill LLC


Métodos como la pirólisis, el reciclaje, el relleno de tierras contaminadas y la incineración se utilizan para reducir la contaminación del suelo y la toxicidad de los campos agrícolas.
Sin embargo, estos métodos físicos y químicos no son lo suficientemente económicos ni adecuados para remediar el medio ambiente. El uso de agentes microbiológicos es una opción prometedora, a partir de aprovechar su capacidad para limpiar contaminantes en sitios afectados.
Diversos grupos de microorganismos presentes en diferentes hábitats, como aguas dulces y marinas, aguas residuales y suelos, tienen la capacidad de metabolizar compuestos extraños y convertirlos en minerales naturales que pueden ser utilizados por las plantas.
La biodegradación, llevada a cabo con la ayuda de algas (y microalgas), hongos, bacterias, plantas, animales y otros grupos más específicos, como los actinomicetos (bacterias altamente abundantes en el suelo terrestre, donde descomponen la materia orgánica), es un proceso natural que no produce metabolitos intermedios dañinos y es una técnica eficaz para eliminar sustancias tóxicas. Esta alternativa demuestra ser más efectiva, rentable, menos peligrosa para los organismos y más ecológica (Gangola et al, 2023).

La remediación ambiental suele recurrir a métodos químicos como reducción, lavado, intercambio iónico, adsorción y filtración. También existen métodos biotecnológicos para eliminar contaminantes, como rizofiltración, biosorción, cultivo de tierras y fitorremediación.
Los procesos biológicos son los más utilizados porque no requieren químicos tóxicos ni mucho consumo de energía (Naik et al, 2023). A diferencia de otros métodos, las estrategias biológicas son respetuosas con el medio ambiente y aceptables socialmente. Además, existe una amplia diversidad de organismos con capacidades aún no explotadas completamente, y estos pueden ser modificados genéticamente para acelerar el proceso de limpieza ambiental (Mathew et al, 2023).
La biorremediación se considera efectiva cuando el organismo empleado puede degradar una gran cantidad de contaminantes a una cantidad mínima de productos de degradación inofensivos o no tóxicos, a una velocidad adecuada y en un tiempo limitado (Patil et al, 2019).
Los microorganismos, como bacterias, levaduras, hongos y algas, son excelentes candidatos para la biorremediación. Pueden competir por el oxígeno y los nutrientes, así como soportar y superar condiciones difíciles (Upreti et al, 2023).
Los microorganismos usan diferentes estrategias, como oxidación, inmovilización, transformación, unión y volatilización, para eliminar los metales pesados del sitio contaminado. Algunos microbios incluso pueden reducir la toxicidad de los metales a través de procesos metabólicos enzimáticos (Khan et al, 2023).
Las técnicas de biorremediación ex situ implican excavar y apilar el suelo contaminado, junto con la adición de materiales orgánicos y desechos. El crecimiento bacteriano se ve facilitado por tuberías que permiten la circulación del aire para la respiración microbiana.
En comparación con otros métodos, la biorremediación en suspensión en un biorreactor es un proceso más rápido, ya que se mezcla el suelo contaminado con agua, nutrientes y oxígeno para crear el entorno ideal para que los microorganismos degraden los contaminantes. La biorremediación in situ implica el tratamiento del material contaminado en el lugar.
Los progresos en metagenómica (estudio de la estructura y función de todos los genomas de los organismos de una muestra o población) y secuenciación de genomas han abierto nuevas oportunidades para buscar genes catabólicos y sus mecanismos reguladores en microbios cultivables y no cultivables en diversos ecosistemas. Explorar los mecanismos moleculares de biodegradación de contaminantes por parte de los organismos y su interacción con el medio ambiente es importante para aplicar con éxito estas técnicas en estudios de remediación in situ (Gangola et al, 2023).
Otro enfoque, las nanopartículas fabricadas mediante métodos biológicos, son una alternativa más ecológica y eficiente a los procesos físicos o químicos tradicionalmente utilizados para el tratamiento de aguas residuales. Estas nanopartículas, ya sean bimetálicas o funcionalizadas con enzimas, pueden emplearse en el tratamiento multimodal de efluentes, eliminando metales y degradando colorantes.
Aunque la biorremediación es una buena alternativa a los métodos fisicoquímicos convencionales de limpieza, es necesario explorarla con innovaciones avanzadas.
Es necesario realizar más investigaciones sobre las aplicaciones de biorremediación para el tratamiento de contaminantes. También es fundamental estudiar la relación entre el efecto ambiental, el comportamiento y el destino de estos contaminantes, así como la eficiencia de las diferentes tecnologías de biorremediación.
Referencias
Gangola, S., Joshi, S., Bhandari, G., Bhatt, P., Kumar, S., & Pandey, S. C. (2023). Omics approaches to pesticide biodegradation for sustainable environment. En Advanced Microbial Techniques in Agriculture, Environment, and Health Management (pp. 191–203). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-91643-1.00010-7
Kaura, S., Mathur, A., & Kalra, A. (2023). Bacteria and pollutants. En Modern Approaches in Waste Bioremediation (pp. 339–364). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-031-24086-7_16
Khan, A., Sharma, R. S., Panthari, D., Kukreti, B., Singh, A. V., & Upadhayay, V. K. (2023). Bioremediation of heavy metals by soil-dwelling microbes: an environment survival approach. En Advanced Microbial Techniques in Agriculture, Environment, and Health Management (pp. 167–190). Elsevier. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-323-91643-1.00002-8
Naik, H. S., Sah, P. M., Dhage, S. B., Gite, S. G., & Raut, R. W. (2023). Nanotechnology for bioremediation of industrial wastewater treatment. En Modern Approaches in Waste Bioremediation (pp. 265–298). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-031-24086-7_14
Mathew, J. T., Adetunji, C. O., Inobeme, A., Monday, M., Azeh, Y., Otori, A. A., Shaba, Mathew, J. T., Adetunji, C. O., Inobeme, A., Monday, M., Azeh, Y., Otori, A. A., Shaba, E. Y., Mamman, A., & Ezekiel, T. (2023). Removal of heavy metals using bio-remedial techniques. En Modern Approaches in Waste Bioremediation (pp. 117–130). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-031-24086-7_6
Upreti, S., Gouri, V., Pande, V., Sati, D., Tamta, G., Pandey, S. C., Samant, M. (2023). Recent advances in biofilm formation and their role in environmental protection. Advanced Microbial Techniques in Agriculture, Environment, and Health Management. DOI:https://doi.org/10.1016/B978-0-323-91643-1.00001-6