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Hongos en la biorremediación de hidrocarburos

José Lázaro Francés Mesa
26 octubre 2024 | 0 |

Por José Lázaro Francés Mesa y Nayeris Brito Espinosa, estudiantes de la Facultad de Biología de la Universidad de La Habana (Foto: tomada de https://reducereutilizarecicla.org/biorremediacion/)

La explotación, producción, refinación y transporte de petróleo y sus derivados conllevan ocasionalmente accidentes técnicos y operacionales que causan severo deterioro al ambiente. Los problemas de contaminación ambiental no solo están relacionados con derrames de hidrocarburos, sino también con otras fuentes como: tanques de gasolina enterrados, basureros, acumulación de desechos peligrosos en plantas, fosas y lagunas de oxidación, sistemas sépticos domésticos, áreas de aplicación de plaguicidas, pozos abandonados de agua y petróleo, intrusión salina (cerca de las costas), así como vertimientos superficiales de hidrocarburos.

Estos compuestos se liberan al medio ambiente a través de la descomposición de la materia orgánica y de actividades humanas, como la exploración petrolera y la quema de combustibles fósiles.

Estructura de los principales hidrocarburos aromáticos policíclicos
(Figura 1): Estructura de los principales hidrocarburos aromáticos policíclicos. Tomado de: (S/f). Researchgate.net. Recuperado el 25 de septiembre de 2024, de https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-Estructura-quimica-de-los-16-Hidrocarburos-Aromaticos-Policiclicos-HAP_fig1_332251100

Entre los hidrocarburos, los aromáticos policíclicos (HAP) (Figura 1) se clasifican como contaminantes ambientales cancerígenos y mutagénicos, por lo que afectan el funcionamiento natural de las células del organismo. Surgen de la combustión incompleta de materia orgánica, principalmente de la combustión de fósiles, la eliminación del petróleo y sus derivados.

El aislamiento de microorganismos (bacterias, hongos y levaduras) a partir de ecosistemas contaminados o de hábitats extremos ha evidenciado la existencia de ciertos hongos capaces de biotransformar hidrocarburos en compuestos menos tóxicos o inocuos para el ambiente.

El estudio de esta capacidad es muy importante debido a que puede ser una alternativa de biorremediación, con una relación positiva costo – eficiencia, con respecto a tecnologías convencionales para el saneamiento de cuerpos de agua y suelos contaminados con hidrocarburos, ya que pueden utilizar su metabolismo, los procesos químicos por los cuales estos organismos convierten los nutrientes en energía, para transformar, eliminar o reducir compuestos tóxicos para los ecosistemas.

Además, esta alternativa es menos invasiva, por lo que provoca menor daños sobre los ecosistemas, es eficiente en suelos y, en general, constituye una herramienta biotecnológica que contribuye a la remediación de zonas contaminadas.

La micorremediación (el prefijo “mico-” hace referencia a los hongos) emplea la capacidad biotransformadora de los hongos, basándose en su propio funcionamiento en la naturaleza, para degradar los residuos tóxicos hasta liberar sus componentes ya inocuos a la naturaleza. Sin embargo, la micorremediación no solo se aplica a los suelos altamente contaminados, sino que permite restablecer su contenido en materia orgánica y el equilibrio biológico.

Los hongos como microorganismos remediadores presentan características importantes: soportan la acción tóxica de los hidrocarburos, son aptos para crecer en ambientes con bajas concentraciones de nutrientes, poca humedad y ambientes ácidos. También producen enzimas, proteínas que aceleran muchas veces las reacciones químicas en los seres vivos, que rompen, por hidrólisis (mediante la acción del agua), las cadenas de los hidrocarburos, convirtiéndolos en CO2 o en sustancias inocuas para el ambiente.

Un grupo específico de estos organismos presenta una capacidad potencial para su uso en biorremediación.

Los basidiomicetos, que engloban a los hongos más conocidos (setas, royas, tizones, champiñones, hongos de sombrero, orejas de palo) (Figura 2) tienen gran importancia ecológica, en su función de descomponedores de la madera.

 Estructuras de un basidiomiceto.
(Figura 2) Estructuras de un basidiomiceto. Tomado de: Wikipedia contributors. (s/f). Anatomía de las setas. Wikipedia, The Free Encyclopedia. https://es.m.wikipedia.org/wiki/Anatom%C3%ADa_de_las_setas

Los hongos de la pudrición blanca de la madera (Figura 3), los cuales incluyen todos esos hongos en forma de semicircunferencia o discos que vemos en los árboles, y que pertenecen a este grupo, son especialmente capaces de degradar lignina, celulosa y hemicelulosa (Figura 4), componentes esenciales de los tejidos vegetales de sostén, en proporciones más o menos equivalentes.

 Hongos causantes de la pudrición blanca.
(Figura 3) Hongos causantes de la pudrición blanca.
Tomado de: (S/f-b). Researchgate.net. Recuperado el 25 de septiembre de 2024, de https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-Los-hongos-causantes-de-pudricion-blanca-HCPB-secretan-una-maquinaria-de_fig1_236876750

Estos organismos exhiben variados patrones de degradación de compuestos lignocelulósicos, constituyentes principales de la madera, en dependencia de la especie y de las condiciones ambientales. Debido a similitud estructural con la lignina y la celulosa, las enzimas de estos hongos han demostrado también ser eficientes en la degradación de HAP.

La naturaleza no específica y los diversos mecanismos que utilizan en el proceso de degradación les permiten mineralizar (transformar compuestos orgánicos en inorgánicos) mezclas complejas de contaminantes hasta convertirse en dióxido de carbono.

Estructura de la celulosa, hemicelulosa y lignina. Tomado de: Leighton, L. (2013). No title. 1–1.
(Figura 4) Estructura de la celulosa, hemicelulosa y lignina. Tomado de: Leighton, L. (2013). No title. 1–1.

Poseen tres tipos fundamentales de enzimas, conocidas como enzimas modificadas de la lignina (LME´s), las cuales son producidas durante el metabolismo secundario bajo un proceso estrictamente aerobio (obligatoriamente en presencia de oxígeno): ligninas peroxidasas, peroxidasas de manganeso y lacasas.

Los hongos de pudrición blanca pueden descomponer una amplia variedad de contaminantes tóxicos y persistentes. Después de esta descomposición, se liberan dióxido de carbono y agua. Dentro de los casos descritos, este grupo ha demostrado la capacidad de degradar el DDT (diclorodifeniltricloroetano), contaminante persistente en el medioambiente; herbicidas como triazina y de trasformar herbicidas clorados; TNT (trinitrotolueno), contaminante del agua; traslocar metales pesados/compuestos radioactivos; colorantes sintéticos; decolorar efluentes de industrias aceiteras, textiles o papeleras; degradar o modificar diferentes sustratos, tales como pulpas papeleras y clorofenoles.

Muchos factores limitantes han sido reconocidos por afectar la biodegradación de hidrocarburos del petróleo. Entre los factores físicos, la temperatura desempeña un papel importante en la biodegradación de los contaminantes.

Se debe tener en cuenta el tipo de medio ambiente (suelo), la solubilizacion del contaminante, el estado de aireación (disponibilidad de oxígeno), la concentración y biodisponibilidad de los HAP, la temperatura, la biodisponibilidad de la fuente de carbono filial y nitrógeno.

Además, la optimización de las vías bioquímicas para los organismos, mediante las cuales realizan la biodegradación, la presencia de otros contaminantes inhibitorios o similares, los cuales puedan afectar el proceso, el contenido y la actividad del agua del suelo, la falta de nutrientes y la competencia microbiana influyen mucho en la eficiencia y la eficacia de un sistema de recuperación o rehabilitación del suelo en el campo de trabajo. 

Un programa de biorremediación exitoso requiere un enfoque multidisciplinario; es decir, la integración de profesionales idóneos entre microbiólogos, químicos, geólogos, ingenieros, con conocimiento del sitio contaminado, y de los grupos de interés.

Los desafíos del uso de estos hongos se centran en la selectividad de los compuestos degradados, que son específicos de ciertos tipos de microorganismos, y aunque varias especies tienen potencial de degradación, las capacidades enzimáticas y la cinética (velocidad) de degradación aún presentan limitaciones para el proceso.

En cuanto a las perspectivas, se cree que se necesitan muchos estudios para aclarar las limitaciones de la biodegradación, especialmente en lo que respecta a los factores que pueden influir en el proceso.


Referencias

- Burlat, V., Ambert, K., Ruel, K., Joseleau J. P., (1997). Relationship between the nature of lignin and the morphology of degradation performed by white-rot fungi. Plant Physiol Biochem., Vol. 35 (No. 8), pp. 645-654.

- Felisardo, R. J. A., Gonçalvez, A. de A. (2023). Biodegradación y biotransformación de hidrocarburos de petróleo: avances, perspectivas y desafíos. Revista Electrónica de Gestión, Educación y Tecnología Ambiental, v. 27, e1, DOI: 10.5902/2236117069288.

- Jiménez Vélez, V. C. (2020). Evaluación de bacterias y hongos potencialmente utilizables para la biorremediación de suelos contaminados por hidrocarburos. Universidad Agraria del Ecuador. Facultad De Ciencias Agrarias. Guayaquil – Ecuador.

- Ramdass, A. C., Rampersad, S. N. (2021). Diversity and Oil Degradation Potential of Culturable Microbes Isolated from Chronically Contaminated Soils in Trinidad. Microorganisms, 9(6), 1167.

- Robles Hernández, L., González Franco, A. C., Crawford, D. L. y C. Chun, W. W. (2008). Revisión de degradación de contaminantes ambientales por basidiomicetos de la pudrición blanca. TECNOCIENCIA. Chihuahua. Colombia.

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