Biorremediación para controlar contaminación por metales pesados y cianuro, en la subcuenca del Río Suratá

1. MDSMA Módulo: Biotecnología Ambiental
BIORREMEDIACIÓN PARA CONTROLAR CONTAMINACIÓN POR METALES PESADOS Y CIANURO, EN LA SUBCUENCA
DEL RÍO SURATÁ
Autor: Lady Johanna Bohórquez Sandoval
Resumen:
Los metales pesados como el mercurio (Hg) y el arsénico (As) al igual que el cianuro, son los principales
problemas de contaminación en el Río Suratá, producidos por la extracción artesanal de oro en la región y en
donde se pretende realizar megaminería del mismo metal. Con el presente trabajo, se pretende dar a conocer
estrategias de biorremediación para solventar la situación, con mecanismos que van desde la biodegradación
enzimática con Biorreactores, como bioacumulación o la rizofiltración, usando microorganismos como hongos y
bacterias junto con algas (Microalgas y macroalgas), aprovechando su alta adaptabilidad en medios que para
otras especies son tóxicos, los cuales pueden también ser modificados genéticamente para hacer más
específica su acción. Además propender por soluciones de bajo costo que sean eficientes en los procesos de
descontaminación y restauración del componente hídrico.
Palabras clave:
Metales pesados, cianuro, contaminación de aguas, biorremediación, biodegradación enzimática,
bioacumulación, rizofiltración.
Introducción:
La contaminación de fuentes de agua por metales pesados (Hg y As) y cianuro, ha estado ligada a la minería
aurífera. En Colombia, este tipo de minería se ha incrementado con el pasar de los años, pues se han establecido
varios territorios de alto potencial aurífero, lo malo es que quedan en zonas de importancia ecológica para el
país. De este tipo de actividad económica, dependen muchas familias al practicarla de manera artesanal, lo
que ocasiona que al prohibirla se acabe el sustento para ellas. Así mismo, en el caso de Santander se han
establecido los impactos ambientales que surgen por la actividad minera, es el caso de (Wolff Carreño E. , 2001)
que señala los principales problemas de contaminación de las aguas del Río Suratá, por la presencia de metales
pesados y cianuro que afectan la salud humana y los procesos de los servicios ambientales que presta el Río
Suratá, como surtidor de agua del Acueducto Metropolitano de Bucaramanga. Por lo tanto, se plantean
estrategias de biorremediación, para solventar los problemas que se presentarían si aprobaran la megaminería
en la región.
Método:
Se realizó una revisión bibliográfica del problema de
contaminación por metales pesados y cianuro en la
Subcuenca del Río Suratá; así como de los métodos
que se utilizan en la biorremediación de las fuentes
de agua por la presencia de este tipo de materiales,
para proyectar soluciones de recuperación de este
Río y reducir sus implicaciones en la salud de los seres
humanos y los impactos ambientales en el factor
agua.
Desarrollo del tema:
Localización: La subcuenca del río Suratá forma
parte de la Cuenca superior del Río Lebrija, posee
una extensión total de 68.461 ha (CDMB, 2005), se
encuentra localizado en el departamento de
Santander y ayuda a surtir de agua al sistema actual
del acueducto del Área Metropolitana de
Bucaramanga. El rendimiento hídrico de la
subcuenca se considera bajo lo que genera que no
existan problemas de cantidad de agua, pero sí
presenta problemas en su calidad debido a la
contaminación por sedimentos de explotaciones
artesanales auríferas que se realizan en la parte alta
de la subcuenca (con la proyección a realizar
minería a gran escala por medio de
Multinacionales), especialmente en la microcuenca
del Río Vetas que hace parte de la subcuenca del
Río Suratá (CDMB, 2005).
Figura 1: Río Suratá
Fuente: (Wolff Carreño E. , 2001)

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Como producto de esta explotación aurífera, se
evidencia la presencia de residuos tóxicos como
mercurio, arsénico y cianuro (se utiliza el cianuro de
sodio para la disolución o lixiviación de oro
(Guerrero, J. , 2005)), que son arrojados de manera
directa o indirecta a las corrientes hídricas de esta
zona, llegando al Río Suratá así como al Acueducto
del Área Metropolitana de Bucaramanga (Wolff
Carreño E. , 2001) (Benjumea Flórez, C. F., 2016). Esta
situación también ha generado la muerte de
poblaciones de peces en el Río, así como la
ausencia de poblaciones bentónicas y presencia
mínima de comunidades perifíticas en las riberas de
las quebradas que hacen parte de esta Subcuenca,
lo que es evidencia de la afectación a las redes
tróficas y a los servicios ambientales que presta el
Río.
Figura 2: División por microcuencas, Subcuenca Río
Suratá
Fuente: (CDMB, 2005)
Para tratar el problema de metales pesados y
cianuro en la región, se plantean las siguientes
estrategias basándose en la biotecnología
ambiental, para reducir y erradicar la
contaminación en la subcuenca del Río Suratá:
Biodegradación de Cianuro:
Se utilizan microorganismos mayoritariamente
bacterias, que se encargan de utilizar los
compuestos cianurados como fuente de carbono y
nitrógeno convirtiéndolos en compuestos inocuos.
Entre los microorganismos se conoce de la
capacidad degradativa de muchos hongos
(Fusarium, Hasenula) y bacterias (E.coli,
Pseudomonas fluorescens, Citrobacter, Bacillus
subtilis y otros) quienes asimilan cianuro y lo usan
como fuente de nitrógeno y/o carbono, teniendo
como intermediario NH2. (Guerrero, J. , 2005), detalla
los procesos de biodegradación de cianuro así:
- Los individuos utilizan la enzima cianuro
hidratasa, transformando el cianuro en CO2 y
NH3.
- El cianuro también puede ser convertido en
cianoalanina o en un -aminonitrilo por la -
cianoalanina sintetasa, seguida de la hidrólisis
de los productos para liberar un ácido y NH3.
- Una tercera ruta involucra la utilización de la
enzima cianuro monoxigenasa para catalizar
la conversión de HCN en cianato (HOCN), lo
que lleva a una descomposición catalítica
mediada por otra enzima, cianasa, para
producir CO2 y NH3. Algunas cepas
bacterianas transforman directamente el
cianuro en CO2 y NH3 por medio de la
cianuro dioxigenasa, sin la formación de
cianato como intermediario.
El proceso se realiza empleando Reactores
Biológicos Rotatorios donde películas de bacterias se
encuentran adheridas a discos giratorios que rotan
de manera lenta para permitir el adecuado
contacto, y degradación de cianuro, entre el
microorganismo y el efluente cianurado.
Biorremediación de metales pesados:
Figura 3: Remediación biológica
Fuente: (Paisio, C. E. & et. al. , 2012)
- Reducción enzimática de mercurio Hg:
Se realiza a través del mecanismo de
resistencia por medio de un grupo de genes
organizados en un único operón que permite
la detoxificación enzimática de este metal, lo
que permite demetilar el Hg orgánico a Hg
inorgánico y de allí reducirlo a Hg (0), que es
menos tóxico lo que le permite liberarse al
medio ambiente sin problema (Paisio, C. E. &
et. al. , 2012).

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- Mecanismos de tolerancia a mercurio:
Se incluye la precipitación con fosfatos,
carbonatos y sulfuros; exclusión física de los
componentes electronegativos en
membranas y sustancias poliméricas
extracelulares (EPS) y secuestro intracelular
con proteínas de bajo peso molecular ricas
en cisteína. Para bioadsorción se han
utilizado cepas de Bacillus cereus,con
alginato de calcio donde se obtuvo gran
eficiencia de remoción de Hg.
- Biorreactores: Se han utilizado también
Biorreactores de lecho empacado donde se
inoculó siete cepas de Pseudomonas
inmovilizadas con la capacidad de reducir el
Hg.
- Bioacumulación: según (Paisio, C. E. & et. al. ,
2012), se han usado cepas de Enterobacter
con la capacidad de acumular Hg como
estrategia de remediación de efluentes, sin
que se volatilice lo que ayuda a que se
pueda recuperar después del proceso de
biorremediación.
- Bioacumulación y bioadsorción utilizando
hongos: Se realiza a través de la biomasa de
hongos donde la superficie celular en el caso
de las levaduras, actúa como resina de
intercambio iónico y en un hongo normal, se
realiza un proceso de bioadsorción a través
de las paredes celulares, para ello se ha
usado la especie Phanerochaete
chrysosporium, Agaricus macrosporus y
Lentinus edodes.
- Tratamiento de aguas por medio de algas
para eliminación de metales pesados:
(Martelo, J., & Lara Borrero, J. A. , 2012),
detallan los estudios realizados en la
utilización de macrófitas flotantes en
tratamiento de aguas, para la depuración de
contaminantes construyendo humedales en
las zonas del sector rural, como una
estrategia menos costosa y con un menor
consumo energético; este proceso se realiza
a través de tres mecanismos primarios:
1. Filtración y sedimentación de sólidos.
2. Incorporación de nutrientes en plantas y su
posterior cosechado.
3. Degradación de los metales pesados por un
conjunto de microorganismos facultativos
asociados a las raíces de las plantas; y en los
detritos del fondo de la laguna, dependiendo
del diseño.
Se han utilizado macroalgas de las especies:
Eichhornia crassipes, Pistia strartiotes, Salvinia
Spp., Hydrocotyle ranunculoides, Lemna Spp.,
Spirodella Spp.
Así mismo, también se ha optado por la
utilización de algas genéticamente modificados
como Chlamydomonas reinhardtii 2AMT- 2
(Paisio, C. E. & et. al. , 2012)en la remediación de
contaminantes pues poseen mayor capacidad
de remoción de partículas; entre ellas, los
metales pesados como mercurio (Hg) o argón
(Ar).
- Rizofiltración: (Paisio, C. E. & et. al. , 2012),
también mencionan como alternativa en la
depuración de ambientes acuáticos de
metales pesados, los cultivos hidropónicos
para que posteriormente sean transplantados
a las aguas contaminadas con metales y
estos sean absorbidos por sus raíces; por lo
tanto, dichas plantas deben tener las
características de acumular y tolerar grandes
cantidades del contaminante, que sean
fácilmente manipulables, poseer bajo costo
de mantenimiento y baja necesidad de
eliminación de residuos secundarios. Las
especies que presentan estas características
son: Azolla Carolinia, Myriophyllum spicata,
Ludwigia peploides, Mentha aquatica,
Eichornia crassipes, Pistia stratiotes, Scirpus
tabernaemontani, y Colocasia esculenta.
Discusión:
En el sector de la Subcuenca del Río Suratá, se ha
contemplado la explotación aurífera artesanal como
fuente de empleo, especialmente en el Municipio de
Vetas del Departamento de Santander; desde el
mismo Ministerio de Minas se han impulsado varios
proyectos para aplicar la megaminería en la región,
en palabras del Ministro Germán Arce para
(Caracol radio, 2017): “Aseguró que Vetas
actualmente solo tiene el 0.01% de la explotación de
oro en el país, pero que es un municipio tan próspero
que sí se explota puede llegar a ser el mayor
productor de toda Colombia”, estos proyectos se
realizarían por fuera del Páramo de Santurbán, que
es un área protegida y por lo tanto no se podrían
realizar este tipo de proyectos en la zona. En contra
posición, están muchos de sus pobladores y líderes
ambientales, pues ya varios estudios de impacto
ambiental dentro de los que se encuentra el
realizado por la multinacional Greystar como lo
enuncia (Fierro, J. M., 2011): “donde en esta zona
del país se encuentra 65 veces más arsénico que
oro” material altamente contaminante y tóxico, que
llegaría directamente a las aguas de esta
subcuenca, bajando el pH del agua hasta valores
entre 2 y 3, si se llegase a implementar la
megaminería. También en otros análisis realizados
por (Wolff Carreño E. , 2001), se han encontrado
desechos como cianuro y mercurio que llegan al Río
Suratá, producto de la minería artesanal.
Como estos pequeños proyectos se siguen
implementando por ser motor de la economía

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propia de la región y donde se planea implementar
la megaminería, se deben formular estrategias que
contemplen la recuperación y restauración de los
ecosistemas, que tiendan a disminuir los riesgos a la
salud humana y los impactos ambientales directos e
indirectos que surgen de estas actividades.
Por lo anteriormente dicho, el hombre ha
encontrado en la misma naturaleza, varias
estrategias para disminuir estos impactos; lo ha
hecho a través de la biorremediación, donde se
implementan estrategias utilizando varios organismos
que transforman los materiales que ocasionan
desestabilidad, en productos que no afecten las
dinámicas propias de la naturaleza. En el caso del
cianuro (CN-), los procesos biotecnológicos se
centran en la biodegradación utilizando
microorganismos como hongos y bacterias como E.
coli o Pseudomonas, quienes producen enzimas
especializadas en la degradación de este material;
este proceso se realiza en un biorreactor donde la
transformación termina produciendo sustancias más
sencillas como CO2 y NH3. En cuanto a los metales
pesados como el mercurio (Hg) y el arsénico (As),
existen procesos mucho más amplios, dentro de los
que se encuentran también la reducción enzimática
generada por la resistencia de algunos genes en los
microorganismos usados para tal fin. Existen
mecanismos de tolerancia, utilizando la bioadsorción
a través del secuestro intracelular de los individuos.
De la misma manera, se ha implementado el uso de
Biorreactores como en el caso del cianuro a través
de pseudomonas o la bioacumulación a través de
bacterias del grupo Enterobacter u hongos como
Agaricus macrosporus, en donde se puede volver a
recuperar el metal pesado. A su vez, es importante
resaltar el uso de microalgas y macroalgas en la
descontaminación de aguas por metales pesados,
incluso con la modificación genética de algunas
algas. En complemento, está la rizofiltración
utilizando las raíces de plantas de cultivos
hidropónicos que realizan directamente el proceso
de filtración de los metales pesados. Es por todo lo
anterior, que la biorremediación como estrategia
biotecnológica, es un área que cobra mayor
relevancia día a día para los problemas de
contaminación por metales pesados y cianuro, que
afectan la salud humana como a la misma dinámica
ecosistémica.
Conclusiones:
La utilización de bacterias y hongos como individuos
primordiales en la biorremediación, abre cada vez
más caminos favorables hacia los procesos de
descontaminación por su fácil adaptabilidad a las
condiciones que serían adversas a los demás seres
vivos.
Aunque algunas técnicas de biorremediación son
bastante costosas, existen varias que pueden ser
utilizadas sin mayor exigencia económica, pues el
agua es un servicio vital para todos los individuos del
planeta y por lo tanto, se deben realizar los mayores
esfuerzos para su recuperación.
En Colombia, con los planteamientos de la
megaminería se deben realizar mayores
investigaciones en biotecnología, donde se pueda
realizar una minería con efectos mínimos sobre sus
principales ecosistemas y la salud humana,
propendiendo por el Desarrollo Sostenible.
Bibliografía:
Benjumea Flórez, C. F. (2016). Evaluación del contenido de arsénico total en aguas del
río Suratá (Santander-Colombia) por espectrometría de absorción atómica
con generación de hidruros. Recuperado el 20 de Octubre de 2017, de
http://repository.usta.edu.co/bitstream/handle/11634/1130/2015-
BenjumeaFlorez%2cCarlosFelipe-
Trabajodegrado.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Caracol radio. (21 de Agosto de 2017). Vetas podría ser el mayor productor de oro en
Colombia: MinMinas. Recuperado el 21 de Octubre de 2017, de
http://caracol.com.co/emisora/2017/08/20/bucaramanga/1503233260_015219
.html
CDMB. (2005). Plan de ordenamiento y manejo ambiental, Subcuenca Río Suratá.
Recuperado el 20 de Octubre de 2017, de
http://www.cdmb.gov.co/web/documentos/institucional-1/normas-
1/ordenacion-de-recursos-hidricos-1/1185-pomca-subcuenca-surata/file
Fierro, J. M. (28 de Marzo de 2011). Minería en los páramos: el agua vale más que el oro.
Recuperado el 21 de Octubre de 2017, de
https://www.razonpublica.com/index.php/econom-y-sociedad-temas-
29/1917-mineria-en-los-paramos-el-agua-vale-mas-queel-oro.html
Guerrero, J. . (2005). Cianuro: Toxicidad y destrucción biológica. El Ingeniero de minas,
10, 22-25. Recuperado el 20 de Octubre de 2017, de
https://www.researchgate.net/publication/258499252_Cianuro_Toxicidad_y_De
struccion_Biologica
Martelo, J., & Lara Borrero, J. A. . (2012). Macrófitas flotantes en el tratamiento de aguas
residuales; una revisión del estado del arte. Ingeniería y Ciencia, 8(15).
Recuperado el 20 de octubre de 2017, de
http://www.redalyc.org/html/835/83524069011/
Paisio, C. E. & et. al. . (2012). Remediación biológica de Mercurio: Recientes avances.
Recuperado el 20 de Octubre de 2017, de Revista Latinoamericana de
Biotecnología Ambiental y Algal, 3(2), 119-146:
http://uniciencia.ambientalex.info/revistas/vol3n23.pdf
Wolff Carreño E. . (Septiembre de 2001). Proyecto Río Suratá: Líneas de acción para
reducir contaminación proveniente de la pequeña minería aurífera en Vetas y
California . Recuperado el 20 de Octubre de 2017, de Departamento de
Santander. Colombia: http://www.gama-peru.org/jornada-hg/wolff.pdf