El documento describe dos zonas en Colombia, la Subcuenca del Río Suratá en Santander y el Páramo de Guerrero en Cundinamarca, que han sido contaminadas con metales pesados y cianuro debido a actividades mineras y agrícolas. Propone usar técnicas de biorremediación como una solución, incluyendo la biodegradación de cianuro por bacterias y la reducción de mercurio mediante enzimas y microorganismos. Estas técnicas podrían ayudar a limpiar el agua y suelo en

1. MDSMA MÓDULO: ELECTIVA BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL
BIORREMEDIACIÓN PARA CONTROLAR EFECTOS NEGATIVOS POR METALES PESADOS Y CIANURO, EN AGUA Y SUELO
DE LA REGIÓN ANDINA ASOCIADOS A ECOSISTEMAS DE PÁRAMO (COLOMBIA)
Autores: Lady Johanna Bohórquez S.
Nancy Pulido Soler
Ricardo Andrés Oviedo C.
Resumen:
Se realizó la revisión bibliográfica, para analizar los problemas ambientales causados en el recurso agua y suelo,
por metales pesados en los ecosistemas estratégicos de páramo localizados en Santander Páramo de Santurbán
y Cundinamarca Páramo de Guerrero. Para esto inicialmente se adelantó la selección de documentos a nivel de
artículos científicos y publicaciones, donde se evidencia la problemática en las dos zonas seleccionadas, que
debido a actividades antrópicas por minería y agricultura han requerido del uso de metales pesados y cianuro
para obtener los productos finales en torno a los cuales se generan diferentes económicas locales.
Posteriormente, se analiza como la Biotecnología ambiental a través de la biorremediación, se convierte en una
valiosa alternativa de solución mediante el uso de plantas y microorganismos, que pueden reducir las cantidades
de estos elementos en los recursos naturales y así poderlos emplear de nuevo bajo técnicas más sostenibles.
Palabras clave:
Recursos naturales, metales pesados, biorremediación, rizofiltración, bioacumulación, biorreactor,
fitorremediación, ingeniería genética.
Introducción:
El suelo y el agua son recursos naturales productos de la interacción entre: clima, material parental, relieve y
microorganismos que al permanecer en constante interacción, permiten a la población disponer de estos medios
físicos sobre los cuales se desarrolla la vida en el planeta. Todas las actividades que contemplen procesos
productivos, en sectores como: agricultura, infraestructura, ganadería, minería etc., requieren de alteraciones en
sus propiedades físicas, químicas y biológicas; esto genera en la mayoría de los casos; reducción en la cantidad
de suelo y agua disponible para continuar con el normal desarrollo de estas actividades, las cuales demandan
altas cantidades de productos químicos como única alternativa para lograr un aumento de las cantidades
producidas de minerales preciosos como el oro o alimentos. Se presenta a continuación una revisión de literatura,
sobre las experiencias de investigación relacionadas con metales pesados, en dos ecosistemas estratégicos de
páramo localizados en la subcuenta del Río Suratá en inmediaciones del páramo de Santurbán en el
departamento de Santander y páramo de Guerrero en el departamento de Cundinamarca. Como alternativa
de solución a estas problemáticas ambientales, sociales y económicas en estas zonas del país, se presentan
técnicas de Biorremediación que pueden ser implementadas para cada una de las condiciones analizadas, con
el fin de reducir el impacto en los recursos naturales y la salud de las personas localizadas en estos ecosistemas
que disponen del suelo y agua para el sustento de sus núcleos familiares.
Método:
Se realizó una revisión bibliográfica del problema de
contaminación por metales pesados y cianuro en la
Subcuenca del Río Suratá y en el Páramo de
Guerrero; así como de los métodos que se utilizan en
la biorremediación de las fuentes de agua y suelo
por la presencia de este tipo de materiales, para
proyectar soluciones de recuperación de esta zona,
reduciendo sus implicaciones en la salud de los seres
humanos y los impactos ambientales.
Desarrollo del tema:
Localización:
Zona 1: Subcuenca del Río Suratá: Ésta 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).

2. MDSMA MÓDULO: ELECTIVA BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL
Figura 1: Río Suratá
Fuente: (Wolff Carreño E. , 2001)
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: Subcuenca Río Suratá
Fuente: (CDMB, 2005)
Zona 2: Páramo de Guerreo: se encuentra ubicado
entre los 3200 y los 3780 metros sobre el nivel del mar
(msnm), comprende los municipios de Carmen de
Carupa, Tausa, Zipaquirá, Subachoque, Cogua,
Pacho, la zona de pantano redondo, San Cayetano
y Susa en Cundinamarca, se calcula que el 70,5 %
de su territorio ha sido modificado principalmente
por actividad antropogénica y extracción minera,
aunque es la principal despensa de agua,
actualmente está altamente amenazado por varias
actividades de minería legal e ilegal, principalmente
por la extracción de gravillas, arenas, Manganeso,
Carbón, Hierro, y Sal, que ha conllevado a la
contaminación por metales pesados debido a los
subproductos que se generan en la extracción de
este tipo de minerales. Adicionalmente se ha
evidenciado que existen otros factores de origen de
contaminación por metales pesados relacionados
con la quema de combustibles fósiles, la aplicación
de fertilizantes fosforados, el mal uso de aguas
residuales y lodos, los incendios forestales, el uso de
herbicidas, y los altos volúmenes residuos municipales
e industriales, que en consecuencia han ido
aumentado las concentraciones de Cromo,
Cadmio, Mercurio, Arsénico, Cobre, Plomo, Selenio, y
Zinc en el ambiente.
Se ha determinado que los altos niveles de metales
pesados han afectado recursos como el suelo
principalmente y han inferido en la pérdida de
biodiversidad, desequilibrio ecológico, cambios en el
ciclaje de nutrientes (por ende alteración de los
ciclos biogeoquímicos), deterioro estético de los
suelos y del paisaje (por abandono y acumulación
de residuos), infiltración en el suelo de aguas
residuales domésticas, presencia de contaminantes
en aguas para consumo humano y riego
(principalmente de hortalizas y otros cultivos),
incremento de fitotoxicidad, estrés hídrico, reducción
tasa fotosintética, además de los problemas de
impacto social y económico . Con respecto a la
normatividad Colombiana, se están concesionando
zonas de páramo para explotación minera lo cual
ha ocasionado un problema de grandes magnitudes
ya que se sabe que el páramo es fuente de agua
para más de 2 millones de personas, aunque el
CONPES 3320 de 2004 ha establecido los criterios
para el control , manejo de aguas , las estrategias
que debe propender por el cumplimiento de los
objetivos de calidad de agua son escazas y la gran
mayoría de las empresas de explotación minera
carecen de un sistema efectivo de tratamiento de
agua o realizan el tratamiento con una efectividad
de tan solo el 60%.
Figura 3: Localización Páramo de Guerrero
Fuente: (IAVH, 2013).

3. MDSMA MÓDULO: ELECTIVA BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL
Adicionalmente se ha evidenciado que existen otros
factores de origen de contaminación por metales
pesados relacionados con la quema de
combustibles fósiles, la aplicación de fertilizantes
fosforados, el mal uso de aguas residuales y lodos, los
incendios forestales, el uso de herbicidas, y los altos
volúmenes residuos municipales e industriales,
producto de la contaminación de metales pesados
se ha evidenciado la pérdida de la capa vegetal,
fuertes incrementos de la temperaturas máximas,
aumento de sustancias toxicas en agua y aire,
deterioro del suelo, contaminación de aguas,
disminución del caudal, cambios de escorrentía,
disminución del nivel freático, cambio de curso de
cauces, sedimentación de cuerpos de agua,
incremento de la deforestación, pérdida de
diversidad de especies, efecto invernadero,
polución local del aire. Agencia Nacional de
Minería. (2015).Las fuentes hídricas de la zona del
Páramo de Guerrero están siendo contaminadas por
metales pesados como se muestra en las figuras.
Figura 4. Cucunuba. Contaminación por deficiencia
planta de tratamiento de aguas residuales.
Fuente: Propia
Figura 5. Zipaquira- vía la Paz. Contaminación agua
de tratamiento.
Fuente: Propia.
Para tratar el problema de metales pesados y
cianuro en estas regiones, se plantean las siguientes
estrategias basándose en la biotecnología
ambiental, para reducir y erradicar la
contaminación en la subcuenca del Río Suratá y el
Páramo de Guerrero.
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,
Pseudomonasfluorescens, Citrobacter, Bacillussubtilis
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 -
cianoalaninasintetasa, 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:
- 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).
- Mecanismos de tolerancia a mercurio:
Se incluye la precipitación con fosfatos,
carbonatos y sulfuros; exclusión física de los

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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 Bacilluscereus,conalginato
de calcio donde se obtuvo gran eficiencia
de remoción de Hg.
Figura 6: Remediación biológica
Fuente: (Paisio, C. E. & et. al. , 2012)
- Biorreactores: Se han utilizado también
Biorreactores de lecho empacado donde se
inoculó siete cepas de
Pseudomonasinmovilizadas 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
Phanerochaetechrysosporium,
AgaricusmacrosporusyLentinusedodes.
- 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:
Eichhorniacrassipes, Pistiastrartiotes, SalviniaSpp.,
Hydrocotyleranunculoides, LemnaSpp.,
SpirodellaSpp.
Así mismo, también se ha optado por la
utilización de algas genéticamente modificados
como Chlamydomonasreinhardtii 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: AzollaCarolinia, Myriophyllumspicata,
Ludwigiapeploides, Menthaaquatica,
Eichorniacrassipes, Pistiastratiotes,
Scirpustabernaemontani, y Colocasia
esculenta.
Debido a que los suelos contaminados por metales
pesados son difíciles de descontaminar es útil usar
alternativas adicionales a las anteriormente descritas
tales como:
- Fitorremediación
La fitorremediación es un proceso que utiliza plantas
para remover, transferir, estabilizar, concentrar y/o
destruir contaminantes (orgánicos e inorgánicos) en
suelos, lodos y sedimentos, y puede aplicarse tanto in
situ como ex situ. Los mecanismos de
fitorremediación incluyen la rizodegradación, la

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fitoextracción, la fitodegradación y la
fitoestabilización ( (Van Deuren, J., Z.& et.al. , 1997),
(Hutchinson, S.L.& et.al. 2001. , 2001).
La rizodegradación se lleva a cabo en el suelo que
rodea a las raíces. Las sustancias excretadas
naturalmente por éstas, suministran nutrientes para
los microorganismos, mejorando así su actividad
biológica. (Sellers, K. , 1998). Se han evidenciado
investigaciones que sugieren que las familias:
Solanáceas, Poales, Marpigiales, Fabales,,Brassicales,
tienen la capacidad de resistir y transformar ciertos
metales pesados.
Existen varias limitaciones que deben considerarse
para la fitorremediación como: el tipo de plantas
utilizado, altas concentraciones de contaminantes
pueden resultar tóxicas, no es efectiva para tratar
contaminantes fuertemente sorbidos.
Aplicación de técnicas de Ingeniería genética con
la modificación de plantas hiperacumuladoras para
la mejora de la biodegradación de contaminantes
con la producción y síntesis de proteínas y el uso de
la tecnología de ADN recombinante. (Lee, Chon–Lin.
, 1997)demostró la remoción de metales pesados
como Cu, Pb, Cd y Ni, en aguas residuales utilizando
macrófitas con un porcentaje de eliminación del
50%, las estrategias utilizadas se relacionan con la
fitoextracción, de igual forma se han realizado
estudios rizosecreción es decir la producción y síntesis
de productos naturales y proteínas recombinantes
de las raíces a nivel de laboratorio, finalmente se
tiene evidencias del uso de plantas transgénicas ha
sido desarrollado en biorremediación de metales y
compuestos orgánicos.
Discusión
Si bien estas tecnologías anteriormente señaladas
han sido exitosas para tratar ambientes
contaminados por metales pesados y se plantea
que la mayoría de los microorganismos usados para
biorremediación de metales tienen alta capacidad
de adaptación, hay que tener en cuenta las
siguientes desventajas : los efectos son a largo plazo,
se debe conocer a fondo las características de los
suelos a descontaminar ya que algunos suelos
presentan naturalmente metales pesados (algunos
suelos no pueden emplearse si el tipo de suelo no
favorece el crecimiento microbiano), los organismos
vivos son susceptibles a cambiaos ambientales, la
inserción de microrganismos no nativos puede llegar
a romper el equilibrio ambiental de una zona dada,
los metales tratados se convierten en formas no
toxicas y siguen estando presentes en el suelo y
requieren ser eliminados es decir ,la biodegradación
incompleta puede generar intermediarios
metabólicos inaceptables, con un poder
contaminante similar o incluso superior al producto
de partida y algunos compuestos contaminantes son
tan resistentes que pueden incluso inhibir a
biorremediación.
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.
En el caso del Páramo de Guerrero es viable
introducir este tipo de tecnologías en búsqueda de
la mejora de la biotoxicidad del suelo y por ende de
los cuerpos de agua recientemente se han
generado espacios a nivel político para dar
viabilidad a la recuperación de los cuerpos de agua
que abastecen a Cundinamarca para ello se están
articulando los procesos investigativos en pro de la
recuperación del suelo e hídrica , las Universidades
aledañas al sector de Zipaquirá , como la
Universidad Militar, la Universidad Manuela Beltran, la
Universidad Minuto de Dios y el SENA , realizan
pruebas piloto para intervenir en la contaminación
derivada de la minería y otros contaminantes.
Como estos pequeños proyectos se siguen
implementando por ser motor de la economía
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.

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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
Las tecnologías de biorremediación de suelo y agua
contaminados fueron desarrolladas para acelerar el
proceso natural de recuperación; este efecto es
logrado mediante la optimización de la capacidad
natural de microorganismos para degradar un
contaminante, proporcionando condiciones para su
recuperación a causa de la actividad minera.
En Colombia, la biorremediación ha sido una
técnica poco reconocida y marginada, el reto está
en seguir mejorando en sus líneas interdisciplinares,
como el desarrollo de técnicas rápidas de biología
molecular que permitan desarrollar proteínas con
potencial enzimático, además del afianzamiento
investigativo de técnicas de biodegradación para
reducir la toxicidad de los contaminantes, así como
el desarrollo de técnicas de bioaumentación
realmente útiles.
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.
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