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Biotecnología es “la integración de ciencias
naturales e ingeniería para llevar a cabo la
aplicación de organismos, células, partes de las
mismas y análogos moleculares en productos y
servicios” (F.E.B., Asamblea General, 1989),
La biotecnología medioambiental, tal como se
entiende en este boletín, es la aplicación de estos
procesos a la protección y restauración de la
calidad del medio ambiente.
Este boletín pasa revista a las diversas áreas
de la biotecnología medioambiental, junto
con los problemas e implicaciones que
acarrean. El propósito general es
proporcionar una información equilibrada y
promover un debate público. Este boletín es
el resultado de contribuciones combinadas de
científicos, industriales, organizaciones
gubernamentales y medioambientales de
toda Europa. Pretende suministrar
información y no representa las opiniones o
política de la Federación Europea de
Biotecnología o cualquier otro organismo.
INTRODUCCIÓN
Se han empleado procesos biotecnológicos para
la protección del medio ambiente durante casi
un siglo, incluso antes de que existiera el
término “biotecnología”. Las plantas
municipales de tratamiento de residuos y los
filtros para purificar el gas ciudad se
desarrollaron en torno al cambio de siglo. Desde
entonces han demostrado ser muy eficaces,
aunque al mismo tiempo, poco se supiera de los
principios biológicos sobre los que se basaba su
función. Desde entonces, nuestro conocimiento
ha crecido enormemente. Este boletín describe
el estado de la cuestión y las posibilidades de la
biotecnología medioambiental, así como los
aspectos sociales de la misma.
Las técnicas biotecnológicas para tratar los
residuos antes o después de hacerlos llegar al
medio ambiente se describen y ejemplifican en
la sección sobre biorreparación. La
biotecnología también puede utilizarse para
desarrollar productos y procesos que generen
menos residuos y empleen menos recursos no
renovables y menos energía. A este respecto, la
biotecnología está bien posicionada para
contribuir a una sociedad más sostenible, un
principio por el que se abogaba en el Informe
Brundtland en 1987 y en la Agenda 21 de la
segunda Cumbre de la Tierra de Río de Janeiro
en 1992 y que desde entonces ha sido
ampliamente aceptado. Este asunto se aborda en
la sección sobre prevención. Las técnicas
biotecnológicas para vigilar la calidad del medio
ambiente se presentan en la sección de
detección y seguimiento. La técnica del ADN
recombinante ha mejorado las posibilidades de
prevención de la contaminación y mantiene la
promesa de un mayor desarrollo de la
biorreparación. Sobre ello se tratará en la
sección de modificación genética. El desarrollo
de la moderna biotecnología ha ido acompañado
por el establecimiento o adaptación de
regulaciones sobre los organismos
genéticamente modificados. Lo que esto
significa para la biotecnología medioambiental
lo encontramos en la sección sobre legislación.
La de opinión pública, diálogo y debate resalta
lo que la gente opina sobre la biotecnología
medioambiental y las formas por las que se
influye en su opinión.
BIORREPARACIÓN
Biorreparación es la utilización de sistemas
biológicos para la reducción de la
contaminación del aire o de sistemas acuáticos o
terrestres. Los sistemas biológicos que se
emplean generalmente son los microorganismos
y la biodegradación más frecuente es la que
tiene lugar con éstos. Los microorganismos
pueden descomponer la mayoría de los
compuestos para su crecimiento y/o sus
necesidades energéticas. Estos procesos de
biodegradación pueden necesitar o no aire
(procesos aeróbicos o anaeróbicos). En algunos
casos, los procesos metabólicos que los
microorganismos realizan normalmente para el
crecimiento y la obtención de energía también
pueden utilizarse para descomponer moléculas
contaminantes. En estos casos, conocidos como
co-metabolismo, los microorganismos no se
benefician directamente. Los investigadores han
sacado partido de este fenómeno y lo utilizan
para la biorreparación. El resultado de una
biodegradación completa es la desintoxicación
por la mineralización de los agentes
contaminantes en dióxido de carbono, agua y
sales inorgánicas inocuas. Una biodegradación
incompleta dejará productos descompuestos que
pueden ser, o no, menos tóxicos que el
contaminante original. Por ejemplo, de una
biodegradación incompleta del tri- o
tetracloroetileno puede resultar vinilcloruro, que
es más tóxico y carcinógeno que el compuesto
original.
La biodegradación puede tener lugar de forma
espontánea, en cuyo caso, a menudo se emplean
Biotecnología
Medioambiental
l Biorreparación
l Prevención
l Detección y seguimiento
l Ingeniería Genética
FEDERACIÓN EUROPEA DE
BIOTECNOLOGÍA
GRUPO DE TRABAJO SOBRE
LAS PERCEPCIONES PÚBLICAS
DE LA BIOTECNOLOGÍA
INFORMACIÓN
Para mayor información sobre Boletines y otras
publicaciones y actividades de la Federación
Europea de Biotecnología, Grupo de Trabajo
sobre las Percepciones Públicas de la
Biotecnología, contactar con:
Presidente:
Prof. John Durant
Research and Information Services
National Museum of Science and Industry
GB-SW7 2DD London
Tel: +44 171 9388201
Fax: +44 171 9388213
Email: j.durant@nmsi.ac.uk
Secretario:
Dr. J. Bennett
Secretariat, EFB Task Group on Public
Perceptions of Biotechnology
Oude Delft 60
NL-2611 CD Delft
Tel: +31 15 2127800
Fax: +31 15 2127111
Email: efb.cbc@stm.tudelft.nl
© Copyright EFB Grupo de Trabajo sobre las
Percepciones Públicas de la Biotecnología,
1999.
Este boletín está destinado a la información y
no representa los puntos de vista de la
Federación Europea de Biotecnología ni la de
cualquier otro organismo. Esta publicación
puede ser reproducida con fines
exclusivamente de investigación o estudio con
el debido permiso del titular del copyright y
con mención expresa del mismo. Ninguna parte
del presente boletín podrá ser reproducida sin
la autorización del titular del copyright. El
Grupo de Trabajo agradece y reconoce el
apoyo y financiación prestados por la Comisión
Europea para ésta y otras materias.
Boletín
4Segunda Edición, Enero 1999
traducido de la versión
original en inglés
expresiones como “biorreparación intrínseca” o
“atenuación natural”. Sin embargo, en muchos
casos las circunstancias naturales no son lo
suficientemente favorables para que ello tenga
lugar debido a la ausencia de los nutrientes
necesarios, oxígeno o bacterias adecuadas.
Tales situaciones pueden mejorarse
suministrando como suplemento uno o más de
estos prerrequisitos. Por ejemplo, se esparcieron
nutrientes extra para acelerar la descomposición
del petróleo vertido a lo largo de 1.600 km de
costa en Alaska por el superpetrolero Exxon
Valdez en 1989. Cada vez más, el futuro de la
biorreparación será primero ver la velocidad de
la biodegradación sin ayuda y actuar sólo si no
hay una actividad suficiente para eliminar el
contaminante lo suficientemente rápido como
para prevenir cualquiera de los riesgos
esperados del agente contaminante.
Se pueden emplear técnicas de biorreparación
para reducir o eliminar residuos peligrosos que
ya han contaminado el medio ambiente.
También para tratar los vertidos antes de que
sean evacuados de las instalaciones donde se
producen: son los procesos “al final de la
tubería”. Más abajo se plantean algunas
aplicaciones de biorreparación.
Aguas residuales y vertidos industriales: Los
microorganismos de las plantas de tratamiento
eliminan los contaminantes más comunes de las
aguas residuales antes de que sean vertidas en
los ríos o el mar. La creciente contaminación
industrial y agrícola ha llevado a una mayor
necesidad de procesos que eliminen
contaminantes específicos tales como
compuestos de nitrógeno y fósforo, metales
pesados y compuestos clorados. Los nuevos
métodos comprenden procesos aeróbicos,
anaeróbicos y físico-químicos en filtros de lecho
fijo y biorreactores, en los cuales se retienen en
suspensión materiales y microbios. Los costes
del tratamiento de las aguas residuales pueden
reducirse mediante la conversión de los residuos
en productos útiles. Por ejemplo, los metales
pesados y los compuestos sulfurosos pueden
eliminarse de los vertidos de las industrias de
galvanización gracias a la ayuda de las bacterias
que metabolizan el sulfuro, pudiéndose
reutilizar. Otro ejemplo es la producción de
alimentos para animales a partir de la biomasa
fúngica resultante tras la producción de
penicilina. La mayor parte de los sistemas de
tratamiento de aguas residuales anaeróbicos
generan biogás.
Agua potable y su procesamiento: Para el
desarrollo urbano e industrial moderno es vital
un suministro abundante de agua. Se ha estim-
ado que para finales de este siglo dos tercios de
las naciones del mundo padecerán escasez de
agua debido a un consumo de agua limpia
mayor que el que permite su almacenamiento en
acuíferos o ríos. Un aspecto importante de la
biotecnología es, por consiguiente, su potencial
para la recogida y purificación de aguas
residuales para su reutilización. Ha aumentado
la preocupación pública por la calidad actual del
agua potable. No sólo se necesita reciclar el
agua en un desarrollo de un uso sostenido de
recursos, sobre todo, debe mejorarse la calidad
para satisfacer a los consumidores. En muchas
regiones agrícolas del mundo, los residuos
animales y el exceso de fertilizantes dan como
resultado altos niveles de nitratos en el agua
potable. La biotecnología ha proporcionado
métodos exitosos mediante los que se pueden
eliminar estos componentes del agua procesada
antes de enviarla a los consumidores.
Aire y gases residuales: Originalmente, los
sistemas de eliminación de residuos industriales
se basaban en filtros baratos rellenos de un
compuesto que eliminaba los olores. Sin
embargo, los bajos índices de procesado y la
corta vida de estos filtros condujeron a la
investigación de mejores métodos; como las
biodepuradoras, en las que se eliminan los
contaminantes empleando una suspensión
celular, y los filtros biopermeables en los que el
contaminante es degradado por
microorganismos inmovilizados sobre una
matriz inerte provista de una película acuosa
nutritiva que permea a través del dispositivo. La
selección de microorganismos que metabolizan
los contaminantes más eficazmente ha dado
origen a mejores biofiltros purificadores de aire
y gas. Tenemos, por ejemplo, un sistema
basado en la biodepuradora que lleva a cabo la
eliminación simultánea de óxidos de nitrógeno y
sulfuro del gas de las chimeneas de los altos
hornos. Este sistema ha sido desarrollado como
alternativa al clásico proceso de yeso de piedra
caliza. Otro es la eliminación del estireno del
gas residual de las industrias de procesamiento
del poliestireno mediante un biofiltro que
contiene hongos.
Suelo y tratamiento de tierras: Tanto in situ
(en su lugar original) como ex situ (en otro sitio)
se explotan comercialmente métodos para la
limpieza del suelo y el agua subterránea
asociada. Los tratamientos in situ son la
introducción de microorganismos (bioaumento),
y la ventilación y/o adición de soluciones
nutritivas (bioestimulación). El tratamiento ex
situ implica excavar el terreno y tratarlo sobre la
superficie del suelo, ya sea como compost, en
bancales de tierra, o en capas con biorreactores
especializados. Las aguas subterráneas se tratan
en biorreactores y bien se bombean de vuelta al
suelo, bien se drenan. La biorreparación del
suelo (biorrestauración) es a menudo más barata
que los métodos físicos y sus productos menos
dañinos si tiene lugar una completa
mineralización. El proceso puede, sin embargo,
tener una larga duración, lo que inmoviliza
capital y tierra. La biorreparación in situ del
suelo bajo las gasolineras se ha convertido ya
una práctica común, pero incluso es posible para
disolventes clorados como el tri- y
tetracloroetileno. La aplicabilidad de la
biorreparación in situ depende, y
probablemente seguirá dependiendo, de las
características físicas del suelo, principalmente
de sus propiedades de transporte. La
biorreparación que emplea plantas se llama
fitorreparación. Esta técnica se está utilizando
actualmente para eliminar metales de suelos y
aguas contaminadas y se está investigando para
la biorreparación de otros contaminantes.
También es posible la utilización combinada de
plantas y bacterias. Ciertas bacterias viven
asociadas con las raíces de plantas y dependen
de sustancias excretadas por las raíces. Tales
rizobacterias, cuyo número es mucho mayor que
otras bacterias del suelo, pueden ser
modificadas genéticamente para que terminen
con los contaminantes. Se está investigando
para probar esta hipótesis.
Residuos sólidos: Los residuos sólidos
domésticos son un problema importante en
nuestra sociedad de consumo. Su eliminación es
cara y hace necesaria una vigilancia constante
de la contaminación atmosférica y las aguas
subterráneas. Sin embargo, la mayor parte son
compuestos orgánicos rápidamente
biodegradables. A este respecto, como fuente de
bio-residuos separados, pueden convertirse en
un valioso recurso mediante la compostación o
la digestión anaeróbica. En los últimos años,
ambos procesos han tenido notables desarrollos
en términos de diseño del proceso y su control.
Particularmente la digestión anaeróbica de
residuos sólidos en digestores anaeróbicos de
alto rendimiento se ha ido ganando
progresivamente la aceptación pública porque
permite la recuperación de importantes
cantidades de valioso biogás junto con un
residuo orgánico estable de alta calidad, y todo
ello sin ocasionar molestias al medio ambiente.
Es más, la digestión anaeróbica de residuos
sólidos mezclados está siendo sometida a un
desarrollo intensivo porque en un futuro
próximo puede constituir un importante paso en
el reciclado de residuos sólidos y constituir una
alternativa a la incineración.
PREVENCIÓN
Respondiendo a la llamada internacional para el
desarrollo de una sociedad sostenible, un
número cada vez mayor de empresas
industriales desarrollan procesos con un
impacto ambiental reducido. Lejos de la
corriente partidaria del tratamiento “al final de
la tubería”, existe una tendencia en todos los
ámbitos hacia productos y procesos menos
dañinos para el medio ambiente. La
biotecnología está especialmemte adaptada para
contribuir a esta tendencia y ya lo ha
demostrado en muchas ocasiones, tanto
mejorando procesos existentes como
desarrollando otros nuevos(6,7)
.
Mejora del Proceso: Muchos procesos
industriales son menos peligrosos para el medio
ambiente gracias a la utilización de enzimas,
catalizadores biológicos altamente eficaces y
con numerosas ventajas sobre los no biológicos.
Son biodegradables y no tóxicos, funcionan
mejor a temperaturas moderadas y en
condiciones poco rigurosas y tienen menos
efectos colaterales que los métodos
tradicionales porque son muy específicos. Los
métodos de producción que utilizan enzimas no
sólo son generalmente más limpios y seguros en
comparación con otros métodos, sino que sobre
todo, también consumen menos energía y
recursos (ver recuadro). Su especificidad, sin
embargo, significa que no siempre es fácil
encontrar la enzima apropiada para una
aplicación dada. Las enzimas ya son
ampliamente utilizadas en la industria y desde
hace muchos años. Nuevas técnicas y enfoques
para diseñar proteínas y modelar moléculas
permiten a los investigadores desarrollar nuevas
enzimas activas a altas temperaturas, tanto en
disolventes no acuosos como en sólidos.
Nuevos productos: La biotecnología también
puede ayudar a producir nuevos productos con
menor impacto medioambiental que sus
predecesores. La producción de nuevos
biomateriales como bioplásticos elimina la
utilización de recursos no renovables como los
combustibles fósiles. Las patatas contienen
normalmente un 80% de amilopectina, pero
también un 20% de amilosa indeseada en
muchas aplicaciones. Para el aislamiento de
amilopectina pura se consume una gran cantidad
de agua y energía. Una empresa holandesa ha
desarrollado una variedad de patata modificada
genéticamente que ya no contiene amilosa y, por
tanto, puede procesarse con menos impacto en
el medio ambiente. El empleo de plantas
genéticamente modificadas resistentes contra
insectos y/o enfermedades puede disminuir
considerablemente el uso de pesticidas que no
sólo evitan la utilización de materias primas -en
su mayor parte no renovables-, energía y trabajo
2 Boletín no 4
necesario para su producción, sino que también
reducirá el impacto negativo de sus residuos. Se
han desarrollado muchas más de esas soluciones
biotecnológicas contra la contaminación (ver
recuadro). Otros desarrollos futuros pueden ser
cosas que actualmente a la gente le parecen de
ciencia-ficción, como la sustitución de
superfibras producidas químicamente por seda
de tela de araña producida por
microorganismos.
Sin embargo, no debería olvidarse una cosa: el
empleo cada vez mayor de sistemas biológicos
en la industria debería estar acompañado por
una adecuada preparación y protección de los
trabajadores que manejen estos sistemas,
exactamente igual que en otros sectores
industriales.
DETECCIÓN Y SEGUIMIENTO
Actualmente se utilizan una amplia variedad de
métodos biológicos para detectar incidentes de
polución y para controlar de manera continua
los contaminantes. Las medidas establecidas
desde hace ya mucho tiempo son: contar el
número de especies de plantas, animales y
microbios; contar el número de individuos de
esas especies o analizar los niveles de oxígeno,
metano y otros compuestos que haya en el agua.
Más recientemente, los métodos de detección
biológica emplean biosensores, habiéndose
desarrollado pruebas de inmunidad que se
comercializan actualmente.
La mayor parte de los biosensores son una
combinación de mecanismos biológicos y
electrónicos, a menudo en forma de chip
electrónico. El componente biológico puede ser
simplemente una enzima, un anticuerpo, o
incluso una colonia de bacterias, un receptor
neural de membrana, o un organismo completo.
Inmovilizado en un sustrato, sus propiedades
cambian en respuesta a algún efecto ambiental
de tal manera que es detectable electrónica u
ópticamente. Entonces es posible hacer
mediciones cuantitativas de los contaminantes
con una precisión extrema o para sensibilidades
muy altas. Los sensores pueden diseñarse para
ser muy selectivos o sensibles a una amplia
variedad de compuestos. Por ejemplo, muchos
tipos de herbicidas pueden detectarse en el agua
fluvial empleando biosensores basados en las
algas; los esfuerzos a que pueden ser sometidos
los organismos pueden medirse como cambios
en las propiedades ópticas de la clorofila de las
plantas.
Los biosensores microbianos son
microorganismos que reaccionan ante la
sustancia que se va a observar. Normalmente
producen luz, pero dejan de hacerlo en contacto
con sustancias que son tóxicas para ellos. Se
utilizan tanto microorganismos que emiten luz
en su estado natural, como desarrollados
especialmente. Se han construido biosensores
bacterianos que actúan positivamente, los cuales
empiezan a emitir luz en contacto (y
consecuentemente, reaccionando) con un
contaminante específico. En EEUU se ha
aprobado una bacteria emisora de luz como la
descrita más arriba para la detección de
hidrocarburos aromáticos polihalogenados en
campos de pruebas.
Las pruebas de inmunidad utilizan anticuerpos
marcados (proteínas complejas producidas
como respuesta biológica a agentes específicos)
y enzimas para medir los niveles de
contaminantes. Si está presente uno de éstos, el
anticuerpo se adhiere a él; la marca le hace
detectable incluso mediante el cambio de color,
fluorescencia o radiactividad. Se han
desarrollado pruebas de inmunidad de varios
tipos para el control continuo, automatizado y
barato de pesticidas como el dieldrín y el
paratión. La naturaleza de estas técnicas, cuyos
resultados pueden ser tan simples como un
cambio de color, las hacen particularmente
adecuadas para los altamente sensibles tests de
campo, en donde los más tradicionales son
impracticables porque requieren tiempo y un
equipamiento más grande. Su utilización sin
embargo, se limita a los contaminantes que
pueden hacer reaccionar a los anticuerpos
biológicos. Si aquellos fueran demasiado
reactivos o, digamos, inmunosupresores,
destruirían el anticuerpo o suprimirían su
actividad y también la efectividad del test.
Detección y seguimiento de microorganismos
utilizados en la biorreparación: Cuando se
inoculan microorganismos desarrollados en el
laboratorio en un lugar que se va a bioreparar
(bioaumento), generalmente se hace necesario el
seguimiento de su presencia y/o multiplicación
para comprobar el avance del proceso. Esto es
especialmente cierto e incluso necesario cuando
los microorganismos están genéticamente
modificados.
La técnica tradicional de detectar la presencia de
microorganismos en el suelo es analizar
muestras directamente en medios concretos.
Pero cuando el organismo contiene un marcador
para el que se le pueda seleccionar se facilita
muchísimo el proceso de detección. Las nuevas
técnicas incluyen la ya mencionada del
bioinformador inmunológico basada en la luz.
La distribución espacial de microorganismos
específicos en una muestra puede determinarse
por medio del microscopio y de manera no
invasiva empleando la hibridación fluorescente
in situ (HFIS -FISH, en inglés-) de
microorganismos. La técnica más sensible,
específica y cada vez más utilizada, es el
aislamiento directo y la amplificación del ADN
del suelo.
Detección y seguimiento de efectos
ecológicos: Se indica la biorreparación para
mejorar la calidad del medio ambiente mediante
la eliminación de los contaminantes. Sin
embargo, la desaparición del contaminante
original no es el único criterio por el que se
determina el éxito de la operación de
biorreparación. (Es más) pueden producirse
metabolitos tóxicos a partir del contaminante, o
la bacteria biodegradadora puede causar
enfermedades o producir sustancias dañinas
para microorganismos útiles, plantas, animales
o personas. Todos estos efectos negativos son,
por supuesto, excluidos con la mayor antelación
posible familiarizándose lo más que se pueda
con el organismo indagando a fondo en la
literatura y en los estudios de microcosmos en
los que se simula en laboratorio el proceso de
biorreparación. Para evitar efectos indeseados,
especialmente tras la liberación de un
organismo genéticamente modificado como
nuevo miembro del ecosistema, puede
necesitarse hacer un seguimiento de los efectos
ecológicos de la operación de biorreparación. El
problema de este tipo de seguimiento es qué
observar. Puede haber numerosos efectos
ecológicos posibles, pero no todos pueden ser
relevantes o permanentes, o incluso ser
resultado de la operación de biorreparación. Los
parámetros que se vayan a observar se
determinan normalmente caso por caso. Las
técnicas de seguimiento pueden ser todas las
mencionadas en los dos párrafos referentes a
detección y seguimiento.
INGENIERÍA GENÉTICA
La técnica del ADN recombinante ha tenido
unas repercusiones asombrosas en estos últimos
años. Los biólogos moleculares han completado
mapas de genomas enteros, se han desarrollado
e introducido nuevas medicinas y los
agricultores están produciendo plantas con
nuevos tipos de resistencia a enfermedades que
no se podían conseguir mediante los cultivos
convencionales. Algunos de los ejemplos
mencionados más arriba, como la patata libre de
amilosa y la bacteria productora de índigo,
también implican la utilización de organismos
genéticamente modificados mediante la técnica
Biotecnología Medioambiental 3
Más procesos industriales sostenibles
gracias a la utilización de enzimas
La industria de procesado de piel ha
introducido enzimas para reemplazar los
agresivos productos químicos tradicionales
usados en la limpieza del cuero. En la
producción textil, las enzimas se han
impuesto a los productos químicos en el
blanqueado, incluyendo el “lavado a la
piedra” de los vaqueros. El consumo de
cloro por la industria de la pulpa y el papel
puede verse considerablemente reducido
pronto gracias al empleo de enzimas. Las
enzimas que digieren la grasa y las
proteínas que hay en los polvos utilizados
para lavar reducen significativamente la
cantidad de detergentes necesarios para un
determinado efecto de lavado. Esto también
significa que puede reducirse la
temperatura de lavado. Reducir la
temperatura 20°C ahorra más de un tercio
de la energía consumida por la máquina.
Puesto que en muchos países de Europa
occidental hasta el 5% del consumo
doméstico de energía era para lavar, estas
moléculas han hecho una contribución
significativa para el ahorro de energía.
Soluciones biotecnológicas
para la contaminación
Los cerdos y las gallinas no pueden asimilar
el fosfato del fitato de sus alimentos, que,
por tanto, termina en su estiércol.
Añadiendo la enzima fitasa a sus piensos se
puede reducir la cantidad de fosfato
excretado por estos animales en más de un
30%.
En Sudáfrica se utilizan bacterias para
aislar el oro de la ganga que lo acompaña en
el mineral. Esta llamada biominería ahorra
una enorme cantidad de energía utilizada en
la fundición y genera muchos menos
residuos.
La producción química de índigo, el tinte
empleado para los vaqueros, consta de ocho
pasos y requiere el uso de productos
químicos muy tóxicos y medidas de
protección especiales para los operarios que
intervienen en el proceso y para el medio
ambiente. La producción por medio de la
biotecnología del índigo, que emplea una
bacteria modificada genéticamente que
contiene las enzimas adecuadas, consta sólo
de tres pasos, actúa en el agua, utiliza
materias primas tales como azúcar y sales y
genera solamente índigo, dióxido de
carbono y biomasa biodegradable.
del ADN recombinante. Además se producen
muchas enzimas de manera rutinaria con
organismos modificados genéticamente.
Dada la abrumadora diversidad de especies,
biomoléculas y sendas metabólicas que hay en
este planeta, la ingeniería genética puede, en
principio, ser una heramienta muy poderosa
para crear alternativas más beneficiosas para el
medio ambiente en productos y procesos que
actualmente lo contaminan o agotan sus
recursos no renovables. Políticas, economías y
sociedades determinarán en último término qué
posibilidades científicas serán realidad.
Hoy día se pueden complementar organismos
con propiedades genéticas adicionales para la
degradación de contaminantes específicos, si los
organismos en su forma natural no son capaces
de realizar su labor, o no lo suficientemente
rápido. Se pueden evitar “cuellos de botella” en
la limpieza del medio ambiente combinando
diferentes habilidades metabólicas en el mismo
microorganismo. Hasta ahora, esto no se había
hecho a una escala significativa. La razón
principal era el hecho de que en la mayoría de
los casos se podía encontrar o seleccionar el
organismo natural apropiado capaz de limpiar
un punto contaminado. Se han dado casos en los
que bacterias del suelo han desarrollado nuevas
propiedades en respuesta a la introducción de
xenobióticos (esto es, productos químicos
producidos por el hombre que normalmente no
se encuentran en la naturaleza). En algunos
casos, incluso parece que han tomado
propiedades de otras especies. En EEUU se han
aprobado algunas bacterias modificadas
genéticamente para su utilización como
biorreparadores, pero aún no se tiene noticia de
que se hayan aplicado a gran escala. En Europa
sólo se han autorizado ensayos en terrenos
controlados.
Debido a que se pueden crear nuevos
organismos mediante la ingeniería genética que
de otra manera puede que nunca se produjeran
espontáneamente o que evolucionaran por
selección, existe la preocupación por la
impredecibilidad de sus posibles interacciones
con el ecosistema Los organismos
genéticamente modificados que se mantienen
adecuadamente confinados en sus lugares de
producción aprobados no son tan preocupantes
como los que se supone van a ser liberados en el
medio ambiente, tales como las plantas
resistentes a enfermedades o bacterias del suelo
biorreparadoras.
Los posibles efectos ecológicos de estas últimas
son, si cabe, de mayor dificultad a la hora de
evaluar, debido al hecho bien conocido de que
las bacterias del suelo cambian frecuentemente
su material genético (también entre especies).
Esto, junto con el hecho de que sabemos muy
poco sobre la gran mayoría de las especies
bacterianas que habitan el suelo, hace casi
imposible predecir el destino de cada copia de
ADN de una propiedad genética introducida
recientemente en una de estas bacterias. Si el
ADN extra procede de otra bacteria del suelo,
puede ser razonable, por otra parte, argüir que la
bacteria genéticamente modificada también
podría haber evolucionado espontáneamente un
día debido al frecuente cambio del material
genético que se produce en el suelo.
LEGISLACIÓN
Es importante una regulación que asegure una
aplicación sin problemas de organismos nuevos
o genéticamente modificados en el medio
ambiente, no sólo para mantener la confianza de
la opinión pública. La Unión Europea tiene dos
Directivas(1,2)
sobre el uso contenido de
microorganismos genéticamente modificados y
sobre la liberación deliberada de éstos en el
medio ambiente. Estas directivas se han
incorporado a la legislación nacional de la
mayoría de los Estados Miembros de la UE.
Necesitan la aprobación por las autoridades
competentes de un detallado protocolo
experimental que incluya la evaluación de
riesgos potenciales, antes de que se libere en el
medio ambiente un organismo modificado
genéticamente. La naturaleza e incluso algunas
veces el lugar de la liberación debe publicarse
en la prensa local en algunos países. Después de
varios años de experiencia con esta legislación,
se están revisando ahora los procedimientos de
que se compone. En diciembre de 1998 se
publicaron las enmiendas para revisar y aclarar
la Directiva 90/219/EEC. El propósito de la
Comisión Europea es mantener globalmente la
competitividad de la UE, tanto en las
aplicaciones científicas como en las
comerciales, sin comprometer la seguridad.
OPINIÓN PÚBLICA,
DIÁLOGO Y DEBATE
A pesar del hecho de que la biotecnología
tradicional tiene un gran valor para la
biorreparación y que la biotecnología moderna
puede potenciarla aún mas, no existen datos
recientes sobre lo que piensan los europeos
específicamente sobre la biotecnología
medioambiental. En general, tienden a tener un
punto de vista “optimista” sobre los desarrollos
que esperan de la biotecnología moderna, según
el informe más reciente de la Comisión Europea
sobre opinión pública, publicado en 1997(3)
.
Lamentablemente, este informe no investigó la
actitud de la población hacia la biotecnología
medioambiental. La única pregunta relacionada
con este tema era si la gente creía que la
biotecnología moderna podría reducir
sustancialmente la contaminación ambiental,
cosa que pensaba el 47%. Si esto era o no una
idea deseable quedó indeterminado. En último
término, se necesitarán mayores pruebas,
expresadas en forma de parámetros
medioambientales más rigurosos, para una
mayor aceptación de la biotecnología
medioambiental.
Se han dado conferencias y mantenido debates
públicos, seminarios y mesas redondas para
reunir personas del público, del gobierno, de
organizaciones defensoras del medio ambiente,
científicos e industriales para discutir sobre los
aspectos más críticos. Estos encendidos debates
no siempre llevan al consenso, pero pueden
proporcionar una mayor apreciación de todos
los aspectos de un determinado asunto,
facilitando una mejor comprensión de los
problemas planteados. Un ejemplo reciente es el
trabajo “Cómo la biotecnología puede
beneficiar al medio ambiente”(4)
.
Muchas organizaciones ofrecen la información
pública reclamada en los primeros diálogos y
debates. Se puede encontrar una compilación de
éstos en el manual de fuentes de información
publicada, que puede pedirse al Grupo de
Estudio de la F.E.B. de las Percepciones
Públicas sobre la Biotecnología(5)
.
CONCLUSIÓN
La biotecnología medioambiental tiene una
trayectoria que ya se inicia en el siglo pasado.
Como se valora más la necesidad de ir hacia
modelos de actividad económica menos
destructivos, a la vez que se mantenga la mejora
de las condiciones sociales de una población
cada vez mayor, el papel de la biotecnología
crece como una herramienta para reparar y para
una industria sensible al medio ambiente. La
técnica ya se ha probado en un buen número de
áreas, y futuros desarrollos prometen ampliar su
radio de acción. Algunas de las nuevas técnicas
que ahora están sometidas a consideración
hacen uso de organismos modificados
genéticamente diseñados para llevar a cabo
eficazmente labores específicas. Como en todas
las situaciones en las que se va a liberar una
nueva tecnología en el medio ambiente, existe
preocupación. La biotecnología tiene la
potencialidad de hacer una importante
contribución a la protección y reparación del
medio ambiente. Por tanto, está bien situada
para contribuir al desarrollo de una sociedad
más sostenible. A medida que nos acercamos al
próximo milenio, esto puede ser de vital
importancia, en tanto que la población, la
urbanización y la industrialización sigan
aumentando.
4 Boletín no 4
Referencias
1. Council Directive on the Contained Use of Genetically Modified Micro-organisms. 1990,
90/219/EEC
2. Council Directive on the Deliberate Release into the Environment of Genetically Modified
Organisms. 1990, 90/220/EEC
3. Eurobarometer 46.1, The Europeans and modern biotechnology, CEC DG XII, 1997
4. How can Biotechnology benefit the Environment (1997) Report of a Workshop organized
by the EFB Taskgroup on Public Perceptions of Biotechnology and the Green Allience
on 13 January 1997 at the Science Museum in London, ISBN 90-76110-02-6
5. Biotechnology for non-specialists, a handbook of information sources. (1997) EFB
Taskgroup on Public Perceptions of Biotechnology. ISBN 90-76110-01-8
6. Biotechnology for a clean environment. (1994) OECD. ISBN 92-64-14257-6
7. Biotechnology for clean industrial products and processes: towards industrial
sustainability. (1998) OECD. ISBN 92-64-16102-3

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Biotecnologia medioambiental

  • 1. Biotecnología es “la integración de ciencias naturales e ingeniería para llevar a cabo la aplicación de organismos, células, partes de las mismas y análogos moleculares en productos y servicios” (F.E.B., Asamblea General, 1989), La biotecnología medioambiental, tal como se entiende en este boletín, es la aplicación de estos procesos a la protección y restauración de la calidad del medio ambiente. Este boletín pasa revista a las diversas áreas de la biotecnología medioambiental, junto con los problemas e implicaciones que acarrean. El propósito general es proporcionar una información equilibrada y promover un debate público. Este boletín es el resultado de contribuciones combinadas de científicos, industriales, organizaciones gubernamentales y medioambientales de toda Europa. Pretende suministrar información y no representa las opiniones o política de la Federación Europea de Biotecnología o cualquier otro organismo. INTRODUCCIÓN Se han empleado procesos biotecnológicos para la protección del medio ambiente durante casi un siglo, incluso antes de que existiera el término “biotecnología”. Las plantas municipales de tratamiento de residuos y los filtros para purificar el gas ciudad se desarrollaron en torno al cambio de siglo. Desde entonces han demostrado ser muy eficaces, aunque al mismo tiempo, poco se supiera de los principios biológicos sobre los que se basaba su función. Desde entonces, nuestro conocimiento ha crecido enormemente. Este boletín describe el estado de la cuestión y las posibilidades de la biotecnología medioambiental, así como los aspectos sociales de la misma. Las técnicas biotecnológicas para tratar los residuos antes o después de hacerlos llegar al medio ambiente se describen y ejemplifican en la sección sobre biorreparación. La biotecnología también puede utilizarse para desarrollar productos y procesos que generen menos residuos y empleen menos recursos no renovables y menos energía. A este respecto, la biotecnología está bien posicionada para contribuir a una sociedad más sostenible, un principio por el que se abogaba en el Informe Brundtland en 1987 y en la Agenda 21 de la segunda Cumbre de la Tierra de Río de Janeiro en 1992 y que desde entonces ha sido ampliamente aceptado. Este asunto se aborda en la sección sobre prevención. Las técnicas biotecnológicas para vigilar la calidad del medio ambiente se presentan en la sección de detección y seguimiento. La técnica del ADN recombinante ha mejorado las posibilidades de prevención de la contaminación y mantiene la promesa de un mayor desarrollo de la biorreparación. Sobre ello se tratará en la sección de modificación genética. El desarrollo de la moderna biotecnología ha ido acompañado por el establecimiento o adaptación de regulaciones sobre los organismos genéticamente modificados. Lo que esto significa para la biotecnología medioambiental lo encontramos en la sección sobre legislación. La de opinión pública, diálogo y debate resalta lo que la gente opina sobre la biotecnología medioambiental y las formas por las que se influye en su opinión. BIORREPARACIÓN Biorreparación es la utilización de sistemas biológicos para la reducción de la contaminación del aire o de sistemas acuáticos o terrestres. Los sistemas biológicos que se emplean generalmente son los microorganismos y la biodegradación más frecuente es la que tiene lugar con éstos. Los microorganismos pueden descomponer la mayoría de los compuestos para su crecimiento y/o sus necesidades energéticas. Estos procesos de biodegradación pueden necesitar o no aire (procesos aeróbicos o anaeróbicos). En algunos casos, los procesos metabólicos que los microorganismos realizan normalmente para el crecimiento y la obtención de energía también pueden utilizarse para descomponer moléculas contaminantes. En estos casos, conocidos como co-metabolismo, los microorganismos no se benefician directamente. Los investigadores han sacado partido de este fenómeno y lo utilizan para la biorreparación. El resultado de una biodegradación completa es la desintoxicación por la mineralización de los agentes contaminantes en dióxido de carbono, agua y sales inorgánicas inocuas. Una biodegradación incompleta dejará productos descompuestos que pueden ser, o no, menos tóxicos que el contaminante original. Por ejemplo, de una biodegradación incompleta del tri- o tetracloroetileno puede resultar vinilcloruro, que es más tóxico y carcinógeno que el compuesto original. La biodegradación puede tener lugar de forma espontánea, en cuyo caso, a menudo se emplean Biotecnología Medioambiental l Biorreparación l Prevención l Detección y seguimiento l Ingeniería Genética FEDERACIÓN EUROPEA DE BIOTECNOLOGÍA GRUPO DE TRABAJO SOBRE LAS PERCEPCIONES PÚBLICAS DE LA BIOTECNOLOGÍA INFORMACIÓN Para mayor información sobre Boletines y otras publicaciones y actividades de la Federación Europea de Biotecnología, Grupo de Trabajo sobre las Percepciones Públicas de la Biotecnología, contactar con: Presidente: Prof. John Durant Research and Information Services National Museum of Science and Industry GB-SW7 2DD London Tel: +44 171 9388201 Fax: +44 171 9388213 Email: j.durant@nmsi.ac.uk Secretario: Dr. J. Bennett Secretariat, EFB Task Group on Public Perceptions of Biotechnology Oude Delft 60 NL-2611 CD Delft Tel: +31 15 2127800 Fax: +31 15 2127111 Email: efb.cbc@stm.tudelft.nl © Copyright EFB Grupo de Trabajo sobre las Percepciones Públicas de la Biotecnología, 1999. Este boletín está destinado a la información y no representa los puntos de vista de la Federación Europea de Biotecnología ni la de cualquier otro organismo. Esta publicación puede ser reproducida con fines exclusivamente de investigación o estudio con el debido permiso del titular del copyright y con mención expresa del mismo. Ninguna parte del presente boletín podrá ser reproducida sin la autorización del titular del copyright. El Grupo de Trabajo agradece y reconoce el apoyo y financiación prestados por la Comisión Europea para ésta y otras materias. Boletín 4Segunda Edición, Enero 1999 traducido de la versión original en inglés
  • 2. expresiones como “biorreparación intrínseca” o “atenuación natural”. Sin embargo, en muchos casos las circunstancias naturales no son lo suficientemente favorables para que ello tenga lugar debido a la ausencia de los nutrientes necesarios, oxígeno o bacterias adecuadas. Tales situaciones pueden mejorarse suministrando como suplemento uno o más de estos prerrequisitos. Por ejemplo, se esparcieron nutrientes extra para acelerar la descomposición del petróleo vertido a lo largo de 1.600 km de costa en Alaska por el superpetrolero Exxon Valdez en 1989. Cada vez más, el futuro de la biorreparación será primero ver la velocidad de la biodegradación sin ayuda y actuar sólo si no hay una actividad suficiente para eliminar el contaminante lo suficientemente rápido como para prevenir cualquiera de los riesgos esperados del agente contaminante. Se pueden emplear técnicas de biorreparación para reducir o eliminar residuos peligrosos que ya han contaminado el medio ambiente. También para tratar los vertidos antes de que sean evacuados de las instalaciones donde se producen: son los procesos “al final de la tubería”. Más abajo se plantean algunas aplicaciones de biorreparación. Aguas residuales y vertidos industriales: Los microorganismos de las plantas de tratamiento eliminan los contaminantes más comunes de las aguas residuales antes de que sean vertidas en los ríos o el mar. La creciente contaminación industrial y agrícola ha llevado a una mayor necesidad de procesos que eliminen contaminantes específicos tales como compuestos de nitrógeno y fósforo, metales pesados y compuestos clorados. Los nuevos métodos comprenden procesos aeróbicos, anaeróbicos y físico-químicos en filtros de lecho fijo y biorreactores, en los cuales se retienen en suspensión materiales y microbios. Los costes del tratamiento de las aguas residuales pueden reducirse mediante la conversión de los residuos en productos útiles. Por ejemplo, los metales pesados y los compuestos sulfurosos pueden eliminarse de los vertidos de las industrias de galvanización gracias a la ayuda de las bacterias que metabolizan el sulfuro, pudiéndose reutilizar. Otro ejemplo es la producción de alimentos para animales a partir de la biomasa fúngica resultante tras la producción de penicilina. La mayor parte de los sistemas de tratamiento de aguas residuales anaeróbicos generan biogás. Agua potable y su procesamiento: Para el desarrollo urbano e industrial moderno es vital un suministro abundante de agua. Se ha estim- ado que para finales de este siglo dos tercios de las naciones del mundo padecerán escasez de agua debido a un consumo de agua limpia mayor que el que permite su almacenamiento en acuíferos o ríos. Un aspecto importante de la biotecnología es, por consiguiente, su potencial para la recogida y purificación de aguas residuales para su reutilización. Ha aumentado la preocupación pública por la calidad actual del agua potable. No sólo se necesita reciclar el agua en un desarrollo de un uso sostenido de recursos, sobre todo, debe mejorarse la calidad para satisfacer a los consumidores. En muchas regiones agrícolas del mundo, los residuos animales y el exceso de fertilizantes dan como resultado altos niveles de nitratos en el agua potable. La biotecnología ha proporcionado métodos exitosos mediante los que se pueden eliminar estos componentes del agua procesada antes de enviarla a los consumidores. Aire y gases residuales: Originalmente, los sistemas de eliminación de residuos industriales se basaban en filtros baratos rellenos de un compuesto que eliminaba los olores. Sin embargo, los bajos índices de procesado y la corta vida de estos filtros condujeron a la investigación de mejores métodos; como las biodepuradoras, en las que se eliminan los contaminantes empleando una suspensión celular, y los filtros biopermeables en los que el contaminante es degradado por microorganismos inmovilizados sobre una matriz inerte provista de una película acuosa nutritiva que permea a través del dispositivo. La selección de microorganismos que metabolizan los contaminantes más eficazmente ha dado origen a mejores biofiltros purificadores de aire y gas. Tenemos, por ejemplo, un sistema basado en la biodepuradora que lleva a cabo la eliminación simultánea de óxidos de nitrógeno y sulfuro del gas de las chimeneas de los altos hornos. Este sistema ha sido desarrollado como alternativa al clásico proceso de yeso de piedra caliza. Otro es la eliminación del estireno del gas residual de las industrias de procesamiento del poliestireno mediante un biofiltro que contiene hongos. Suelo y tratamiento de tierras: Tanto in situ (en su lugar original) como ex situ (en otro sitio) se explotan comercialmente métodos para la limpieza del suelo y el agua subterránea asociada. Los tratamientos in situ son la introducción de microorganismos (bioaumento), y la ventilación y/o adición de soluciones nutritivas (bioestimulación). El tratamiento ex situ implica excavar el terreno y tratarlo sobre la superficie del suelo, ya sea como compost, en bancales de tierra, o en capas con biorreactores especializados. Las aguas subterráneas se tratan en biorreactores y bien se bombean de vuelta al suelo, bien se drenan. La biorreparación del suelo (biorrestauración) es a menudo más barata que los métodos físicos y sus productos menos dañinos si tiene lugar una completa mineralización. El proceso puede, sin embargo, tener una larga duración, lo que inmoviliza capital y tierra. La biorreparación in situ del suelo bajo las gasolineras se ha convertido ya una práctica común, pero incluso es posible para disolventes clorados como el tri- y tetracloroetileno. La aplicabilidad de la biorreparación in situ depende, y probablemente seguirá dependiendo, de las características físicas del suelo, principalmente de sus propiedades de transporte. La biorreparación que emplea plantas se llama fitorreparación. Esta técnica se está utilizando actualmente para eliminar metales de suelos y aguas contaminadas y se está investigando para la biorreparación de otros contaminantes. También es posible la utilización combinada de plantas y bacterias. Ciertas bacterias viven asociadas con las raíces de plantas y dependen de sustancias excretadas por las raíces. Tales rizobacterias, cuyo número es mucho mayor que otras bacterias del suelo, pueden ser modificadas genéticamente para que terminen con los contaminantes. Se está investigando para probar esta hipótesis. Residuos sólidos: Los residuos sólidos domésticos son un problema importante en nuestra sociedad de consumo. Su eliminación es cara y hace necesaria una vigilancia constante de la contaminación atmosférica y las aguas subterráneas. Sin embargo, la mayor parte son compuestos orgánicos rápidamente biodegradables. A este respecto, como fuente de bio-residuos separados, pueden convertirse en un valioso recurso mediante la compostación o la digestión anaeróbica. En los últimos años, ambos procesos han tenido notables desarrollos en términos de diseño del proceso y su control. Particularmente la digestión anaeróbica de residuos sólidos en digestores anaeróbicos de alto rendimiento se ha ido ganando progresivamente la aceptación pública porque permite la recuperación de importantes cantidades de valioso biogás junto con un residuo orgánico estable de alta calidad, y todo ello sin ocasionar molestias al medio ambiente. Es más, la digestión anaeróbica de residuos sólidos mezclados está siendo sometida a un desarrollo intensivo porque en un futuro próximo puede constituir un importante paso en el reciclado de residuos sólidos y constituir una alternativa a la incineración. PREVENCIÓN Respondiendo a la llamada internacional para el desarrollo de una sociedad sostenible, un número cada vez mayor de empresas industriales desarrollan procesos con un impacto ambiental reducido. Lejos de la corriente partidaria del tratamiento “al final de la tubería”, existe una tendencia en todos los ámbitos hacia productos y procesos menos dañinos para el medio ambiente. La biotecnología está especialmemte adaptada para contribuir a esta tendencia y ya lo ha demostrado en muchas ocasiones, tanto mejorando procesos existentes como desarrollando otros nuevos(6,7) . Mejora del Proceso: Muchos procesos industriales son menos peligrosos para el medio ambiente gracias a la utilización de enzimas, catalizadores biológicos altamente eficaces y con numerosas ventajas sobre los no biológicos. Son biodegradables y no tóxicos, funcionan mejor a temperaturas moderadas y en condiciones poco rigurosas y tienen menos efectos colaterales que los métodos tradicionales porque son muy específicos. Los métodos de producción que utilizan enzimas no sólo son generalmente más limpios y seguros en comparación con otros métodos, sino que sobre todo, también consumen menos energía y recursos (ver recuadro). Su especificidad, sin embargo, significa que no siempre es fácil encontrar la enzima apropiada para una aplicación dada. Las enzimas ya son ampliamente utilizadas en la industria y desde hace muchos años. Nuevas técnicas y enfoques para diseñar proteínas y modelar moléculas permiten a los investigadores desarrollar nuevas enzimas activas a altas temperaturas, tanto en disolventes no acuosos como en sólidos. Nuevos productos: La biotecnología también puede ayudar a producir nuevos productos con menor impacto medioambiental que sus predecesores. La producción de nuevos biomateriales como bioplásticos elimina la utilización de recursos no renovables como los combustibles fósiles. Las patatas contienen normalmente un 80% de amilopectina, pero también un 20% de amilosa indeseada en muchas aplicaciones. Para el aislamiento de amilopectina pura se consume una gran cantidad de agua y energía. Una empresa holandesa ha desarrollado una variedad de patata modificada genéticamente que ya no contiene amilosa y, por tanto, puede procesarse con menos impacto en el medio ambiente. El empleo de plantas genéticamente modificadas resistentes contra insectos y/o enfermedades puede disminuir considerablemente el uso de pesticidas que no sólo evitan la utilización de materias primas -en su mayor parte no renovables-, energía y trabajo 2 Boletín no 4
  • 3. necesario para su producción, sino que también reducirá el impacto negativo de sus residuos. Se han desarrollado muchas más de esas soluciones biotecnológicas contra la contaminación (ver recuadro). Otros desarrollos futuros pueden ser cosas que actualmente a la gente le parecen de ciencia-ficción, como la sustitución de superfibras producidas químicamente por seda de tela de araña producida por microorganismos. Sin embargo, no debería olvidarse una cosa: el empleo cada vez mayor de sistemas biológicos en la industria debería estar acompañado por una adecuada preparación y protección de los trabajadores que manejen estos sistemas, exactamente igual que en otros sectores industriales. DETECCIÓN Y SEGUIMIENTO Actualmente se utilizan una amplia variedad de métodos biológicos para detectar incidentes de polución y para controlar de manera continua los contaminantes. Las medidas establecidas desde hace ya mucho tiempo son: contar el número de especies de plantas, animales y microbios; contar el número de individuos de esas especies o analizar los niveles de oxígeno, metano y otros compuestos que haya en el agua. Más recientemente, los métodos de detección biológica emplean biosensores, habiéndose desarrollado pruebas de inmunidad que se comercializan actualmente. La mayor parte de los biosensores son una combinación de mecanismos biológicos y electrónicos, a menudo en forma de chip electrónico. El componente biológico puede ser simplemente una enzima, un anticuerpo, o incluso una colonia de bacterias, un receptor neural de membrana, o un organismo completo. Inmovilizado en un sustrato, sus propiedades cambian en respuesta a algún efecto ambiental de tal manera que es detectable electrónica u ópticamente. Entonces es posible hacer mediciones cuantitativas de los contaminantes con una precisión extrema o para sensibilidades muy altas. Los sensores pueden diseñarse para ser muy selectivos o sensibles a una amplia variedad de compuestos. Por ejemplo, muchos tipos de herbicidas pueden detectarse en el agua fluvial empleando biosensores basados en las algas; los esfuerzos a que pueden ser sometidos los organismos pueden medirse como cambios en las propiedades ópticas de la clorofila de las plantas. Los biosensores microbianos son microorganismos que reaccionan ante la sustancia que se va a observar. Normalmente producen luz, pero dejan de hacerlo en contacto con sustancias que son tóxicas para ellos. Se utilizan tanto microorganismos que emiten luz en su estado natural, como desarrollados especialmente. Se han construido biosensores bacterianos que actúan positivamente, los cuales empiezan a emitir luz en contacto (y consecuentemente, reaccionando) con un contaminante específico. En EEUU se ha aprobado una bacteria emisora de luz como la descrita más arriba para la detección de hidrocarburos aromáticos polihalogenados en campos de pruebas. Las pruebas de inmunidad utilizan anticuerpos marcados (proteínas complejas producidas como respuesta biológica a agentes específicos) y enzimas para medir los niveles de contaminantes. Si está presente uno de éstos, el anticuerpo se adhiere a él; la marca le hace detectable incluso mediante el cambio de color, fluorescencia o radiactividad. Se han desarrollado pruebas de inmunidad de varios tipos para el control continuo, automatizado y barato de pesticidas como el dieldrín y el paratión. La naturaleza de estas técnicas, cuyos resultados pueden ser tan simples como un cambio de color, las hacen particularmente adecuadas para los altamente sensibles tests de campo, en donde los más tradicionales son impracticables porque requieren tiempo y un equipamiento más grande. Su utilización sin embargo, se limita a los contaminantes que pueden hacer reaccionar a los anticuerpos biológicos. Si aquellos fueran demasiado reactivos o, digamos, inmunosupresores, destruirían el anticuerpo o suprimirían su actividad y también la efectividad del test. Detección y seguimiento de microorganismos utilizados en la biorreparación: Cuando se inoculan microorganismos desarrollados en el laboratorio en un lugar que se va a bioreparar (bioaumento), generalmente se hace necesario el seguimiento de su presencia y/o multiplicación para comprobar el avance del proceso. Esto es especialmente cierto e incluso necesario cuando los microorganismos están genéticamente modificados. La técnica tradicional de detectar la presencia de microorganismos en el suelo es analizar muestras directamente en medios concretos. Pero cuando el organismo contiene un marcador para el que se le pueda seleccionar se facilita muchísimo el proceso de detección. Las nuevas técnicas incluyen la ya mencionada del bioinformador inmunológico basada en la luz. La distribución espacial de microorganismos específicos en una muestra puede determinarse por medio del microscopio y de manera no invasiva empleando la hibridación fluorescente in situ (HFIS -FISH, en inglés-) de microorganismos. La técnica más sensible, específica y cada vez más utilizada, es el aislamiento directo y la amplificación del ADN del suelo. Detección y seguimiento de efectos ecológicos: Se indica la biorreparación para mejorar la calidad del medio ambiente mediante la eliminación de los contaminantes. Sin embargo, la desaparición del contaminante original no es el único criterio por el que se determina el éxito de la operación de biorreparación. (Es más) pueden producirse metabolitos tóxicos a partir del contaminante, o la bacteria biodegradadora puede causar enfermedades o producir sustancias dañinas para microorganismos útiles, plantas, animales o personas. Todos estos efectos negativos son, por supuesto, excluidos con la mayor antelación posible familiarizándose lo más que se pueda con el organismo indagando a fondo en la literatura y en los estudios de microcosmos en los que se simula en laboratorio el proceso de biorreparación. Para evitar efectos indeseados, especialmente tras la liberación de un organismo genéticamente modificado como nuevo miembro del ecosistema, puede necesitarse hacer un seguimiento de los efectos ecológicos de la operación de biorreparación. El problema de este tipo de seguimiento es qué observar. Puede haber numerosos efectos ecológicos posibles, pero no todos pueden ser relevantes o permanentes, o incluso ser resultado de la operación de biorreparación. Los parámetros que se vayan a observar se determinan normalmente caso por caso. Las técnicas de seguimiento pueden ser todas las mencionadas en los dos párrafos referentes a detección y seguimiento. INGENIERÍA GENÉTICA La técnica del ADN recombinante ha tenido unas repercusiones asombrosas en estos últimos años. Los biólogos moleculares han completado mapas de genomas enteros, se han desarrollado e introducido nuevas medicinas y los agricultores están produciendo plantas con nuevos tipos de resistencia a enfermedades que no se podían conseguir mediante los cultivos convencionales. Algunos de los ejemplos mencionados más arriba, como la patata libre de amilosa y la bacteria productora de índigo, también implican la utilización de organismos genéticamente modificados mediante la técnica Biotecnología Medioambiental 3 Más procesos industriales sostenibles gracias a la utilización de enzimas La industria de procesado de piel ha introducido enzimas para reemplazar los agresivos productos químicos tradicionales usados en la limpieza del cuero. En la producción textil, las enzimas se han impuesto a los productos químicos en el blanqueado, incluyendo el “lavado a la piedra” de los vaqueros. El consumo de cloro por la industria de la pulpa y el papel puede verse considerablemente reducido pronto gracias al empleo de enzimas. Las enzimas que digieren la grasa y las proteínas que hay en los polvos utilizados para lavar reducen significativamente la cantidad de detergentes necesarios para un determinado efecto de lavado. Esto también significa que puede reducirse la temperatura de lavado. Reducir la temperatura 20°C ahorra más de un tercio de la energía consumida por la máquina. Puesto que en muchos países de Europa occidental hasta el 5% del consumo doméstico de energía era para lavar, estas moléculas han hecho una contribución significativa para el ahorro de energía. Soluciones biotecnológicas para la contaminación Los cerdos y las gallinas no pueden asimilar el fosfato del fitato de sus alimentos, que, por tanto, termina en su estiércol. Añadiendo la enzima fitasa a sus piensos se puede reducir la cantidad de fosfato excretado por estos animales en más de un 30%. En Sudáfrica se utilizan bacterias para aislar el oro de la ganga que lo acompaña en el mineral. Esta llamada biominería ahorra una enorme cantidad de energía utilizada en la fundición y genera muchos menos residuos. La producción química de índigo, el tinte empleado para los vaqueros, consta de ocho pasos y requiere el uso de productos químicos muy tóxicos y medidas de protección especiales para los operarios que intervienen en el proceso y para el medio ambiente. La producción por medio de la biotecnología del índigo, que emplea una bacteria modificada genéticamente que contiene las enzimas adecuadas, consta sólo de tres pasos, actúa en el agua, utiliza materias primas tales como azúcar y sales y genera solamente índigo, dióxido de carbono y biomasa biodegradable.
  • 4. del ADN recombinante. Además se producen muchas enzimas de manera rutinaria con organismos modificados genéticamente. Dada la abrumadora diversidad de especies, biomoléculas y sendas metabólicas que hay en este planeta, la ingeniería genética puede, en principio, ser una heramienta muy poderosa para crear alternativas más beneficiosas para el medio ambiente en productos y procesos que actualmente lo contaminan o agotan sus recursos no renovables. Políticas, economías y sociedades determinarán en último término qué posibilidades científicas serán realidad. Hoy día se pueden complementar organismos con propiedades genéticas adicionales para la degradación de contaminantes específicos, si los organismos en su forma natural no son capaces de realizar su labor, o no lo suficientemente rápido. Se pueden evitar “cuellos de botella” en la limpieza del medio ambiente combinando diferentes habilidades metabólicas en el mismo microorganismo. Hasta ahora, esto no se había hecho a una escala significativa. La razón principal era el hecho de que en la mayoría de los casos se podía encontrar o seleccionar el organismo natural apropiado capaz de limpiar un punto contaminado. Se han dado casos en los que bacterias del suelo han desarrollado nuevas propiedades en respuesta a la introducción de xenobióticos (esto es, productos químicos producidos por el hombre que normalmente no se encuentran en la naturaleza). En algunos casos, incluso parece que han tomado propiedades de otras especies. En EEUU se han aprobado algunas bacterias modificadas genéticamente para su utilización como biorreparadores, pero aún no se tiene noticia de que se hayan aplicado a gran escala. En Europa sólo se han autorizado ensayos en terrenos controlados. Debido a que se pueden crear nuevos organismos mediante la ingeniería genética que de otra manera puede que nunca se produjeran espontáneamente o que evolucionaran por selección, existe la preocupación por la impredecibilidad de sus posibles interacciones con el ecosistema Los organismos genéticamente modificados que se mantienen adecuadamente confinados en sus lugares de producción aprobados no son tan preocupantes como los que se supone van a ser liberados en el medio ambiente, tales como las plantas resistentes a enfermedades o bacterias del suelo biorreparadoras. Los posibles efectos ecológicos de estas últimas son, si cabe, de mayor dificultad a la hora de evaluar, debido al hecho bien conocido de que las bacterias del suelo cambian frecuentemente su material genético (también entre especies). Esto, junto con el hecho de que sabemos muy poco sobre la gran mayoría de las especies bacterianas que habitan el suelo, hace casi imposible predecir el destino de cada copia de ADN de una propiedad genética introducida recientemente en una de estas bacterias. Si el ADN extra procede de otra bacteria del suelo, puede ser razonable, por otra parte, argüir que la bacteria genéticamente modificada también podría haber evolucionado espontáneamente un día debido al frecuente cambio del material genético que se produce en el suelo. LEGISLACIÓN Es importante una regulación que asegure una aplicación sin problemas de organismos nuevos o genéticamente modificados en el medio ambiente, no sólo para mantener la confianza de la opinión pública. La Unión Europea tiene dos Directivas(1,2) sobre el uso contenido de microorganismos genéticamente modificados y sobre la liberación deliberada de éstos en el medio ambiente. Estas directivas se han incorporado a la legislación nacional de la mayoría de los Estados Miembros de la UE. Necesitan la aprobación por las autoridades competentes de un detallado protocolo experimental que incluya la evaluación de riesgos potenciales, antes de que se libere en el medio ambiente un organismo modificado genéticamente. La naturaleza e incluso algunas veces el lugar de la liberación debe publicarse en la prensa local en algunos países. Después de varios años de experiencia con esta legislación, se están revisando ahora los procedimientos de que se compone. En diciembre de 1998 se publicaron las enmiendas para revisar y aclarar la Directiva 90/219/EEC. El propósito de la Comisión Europea es mantener globalmente la competitividad de la UE, tanto en las aplicaciones científicas como en las comerciales, sin comprometer la seguridad. OPINIÓN PÚBLICA, DIÁLOGO Y DEBATE A pesar del hecho de que la biotecnología tradicional tiene un gran valor para la biorreparación y que la biotecnología moderna puede potenciarla aún mas, no existen datos recientes sobre lo que piensan los europeos específicamente sobre la biotecnología medioambiental. En general, tienden a tener un punto de vista “optimista” sobre los desarrollos que esperan de la biotecnología moderna, según el informe más reciente de la Comisión Europea sobre opinión pública, publicado en 1997(3) . Lamentablemente, este informe no investigó la actitud de la población hacia la biotecnología medioambiental. La única pregunta relacionada con este tema era si la gente creía que la biotecnología moderna podría reducir sustancialmente la contaminación ambiental, cosa que pensaba el 47%. Si esto era o no una idea deseable quedó indeterminado. En último término, se necesitarán mayores pruebas, expresadas en forma de parámetros medioambientales más rigurosos, para una mayor aceptación de la biotecnología medioambiental. Se han dado conferencias y mantenido debates públicos, seminarios y mesas redondas para reunir personas del público, del gobierno, de organizaciones defensoras del medio ambiente, científicos e industriales para discutir sobre los aspectos más críticos. Estos encendidos debates no siempre llevan al consenso, pero pueden proporcionar una mayor apreciación de todos los aspectos de un determinado asunto, facilitando una mejor comprensión de los problemas planteados. Un ejemplo reciente es el trabajo “Cómo la biotecnología puede beneficiar al medio ambiente”(4) . Muchas organizaciones ofrecen la información pública reclamada en los primeros diálogos y debates. Se puede encontrar una compilación de éstos en el manual de fuentes de información publicada, que puede pedirse al Grupo de Estudio de la F.E.B. de las Percepciones Públicas sobre la Biotecnología(5) . CONCLUSIÓN La biotecnología medioambiental tiene una trayectoria que ya se inicia en el siglo pasado. Como se valora más la necesidad de ir hacia modelos de actividad económica menos destructivos, a la vez que se mantenga la mejora de las condiciones sociales de una población cada vez mayor, el papel de la biotecnología crece como una herramienta para reparar y para una industria sensible al medio ambiente. La técnica ya se ha probado en un buen número de áreas, y futuros desarrollos prometen ampliar su radio de acción. Algunas de las nuevas técnicas que ahora están sometidas a consideración hacen uso de organismos modificados genéticamente diseñados para llevar a cabo eficazmente labores específicas. Como en todas las situaciones en las que se va a liberar una nueva tecnología en el medio ambiente, existe preocupación. La biotecnología tiene la potencialidad de hacer una importante contribución a la protección y reparación del medio ambiente. Por tanto, está bien situada para contribuir al desarrollo de una sociedad más sostenible. A medida que nos acercamos al próximo milenio, esto puede ser de vital importancia, en tanto que la población, la urbanización y la industrialización sigan aumentando. 4 Boletín no 4 Referencias 1. Council Directive on the Contained Use of Genetically Modified Micro-organisms. 1990, 90/219/EEC 2. Council Directive on the Deliberate Release into the Environment of Genetically Modified Organisms. 1990, 90/220/EEC 3. Eurobarometer 46.1, The Europeans and modern biotechnology, CEC DG XII, 1997 4. How can Biotechnology benefit the Environment (1997) Report of a Workshop organized by the EFB Taskgroup on Public Perceptions of Biotechnology and the Green Allience on 13 January 1997 at the Science Museum in London, ISBN 90-76110-02-6 5. Biotechnology for non-specialists, a handbook of information sources. (1997) EFB Taskgroup on Public Perceptions of Biotechnology. ISBN 90-76110-01-8 6. Biotechnology for a clean environment. (1994) OECD. ISBN 92-64-14257-6 7. Biotechnology for clean industrial products and processes: towards industrial sustainability. (1998) OECD. ISBN 92-64-16102-3