La biorremediación como estrategia para la mejora de la biodisponibilidad y biototoxicidad de metales pesados

1. LA BIORREMEDIACIÓN COMO ESTRATEGIA PARA LA MEJORA DE LA
BIODISPONIBILIDAD Y BIOTOTOXICIDAD DE METALES PESADOS EN EL PÁRAMO
DE GUERRERO.
PULIDO SOLER, Nancy.
Resumen
El páramo de Guerreo se encuentra actualmente 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. En búsqueda de una solución ante este tipo de contaminación y teniendo en cuenta que los
suelos contaminados por metales pesados son difíciles de descontaminar es útil usar la
biorremediación, fitorremediación, rizorremediación, y uso de ingeniería genética con la modificación
de plantas hiperacumuladoras para la mejora de la biodegradación de contaminantes con la producción
y síntesis de proteínas.
Palabras Clave:
Biorremediación, Fitorremediación, Rizorremediación, Toxicidad.
Introducción
La mayoría de los metales pesados son el origen de la contaminación ambiental, dichos contaminantes
entran al suelo cuando se encuentran en las altas concentraciones o cuando las propiedades del suelo
lo permiten, el suelo representa un ambiente dinámico por esta razón cuando se presenta
contaminación por metales pesados se generan cambios en el perfil de elementos traza del suelo que
producen alteraciones en la salud humana como: defectos en el nacimiento, cáncer, lesiones de piel,
retraso que conlleva a discapacidad, daño en hígado o riñón y otras enfermedades. Dichos
contaminantes llegan al agua y por ende a las plantas, es así como se ha evidenciado que la
contaminación por Cadmióestá relacionada con la disminución de la tasa de germinación de semillas,
e incremento en la predisposición de las plantas a la invasión por hongos; la contaminación por
Cromo con la clorosis y daño a nivel de raíz, y por Mercuriocon ladisminución de laactividad
fotosintética, sumado al latente daño a nivel ecosistémico que altera el equilibrio poblacional y la
biodiversidad.
En Colombia, una de las problemáticas ambientales más importantes se refiere al uso de metales
pesados en sectores productivos minero, energético, agrícola e industrial (Rudas et al, 2013) ,y en
Cundinamarca se ha evidenciado a través de varios estudios, que existe alto índice de contaminación
por metales pesados, la situación es alarmante ya que se han concesionado varios sitios para
explotación minera en el Páramo de Guerrero, teniendo en cuenta que los páramos son uno de los
ecosistemas más vulnerables, amenazados y frágiles debido entre otros a losefectos globales del
cambio climático , a la actividad humana, la introducción de la ganadería, la agricultura y la creciente

2. actividad minera; es urgente actuar para detener los focos de contaminación, hay que poner de
manifiesto que legislativamente a partir del 2001, el gobierno nacional comienza a reestructurar el
tema minero y su legislación, aunque este esfuerzo se puede considerar como infructuoso debido a la
llamada ¨locomotora minera¨, que continua otorgando títulos mineros sin ningún tipo de criterio
técnico o control.
Ante esta problemática se han desarrollado diferentes estrategias para solucionar la contaminación por
metales pesados, empleando los siguientes procesos: fisicoquímicoscon la desventaja de tener costos
elevados, técnicas convencionales como incineración, excavación y disposición de contaminantes que
evidentemente exponen a las poblaciones cercanas por contacto directo. (Garbisu et al.,
2003).Teniendo en cuenta las desventajas de las técnicas convencionales en el presente documento se
hace una revisión bibliográfica que tiene por objeto proponer a la biorremediación como la principal
alternativa para solucionar el problema de biodisponibilidad y biototoxicidad de metales pesados
usando como herramienta la biorremediación.
Ubicación Geográfica del Páramo de Guerrero.
El 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,Cucunubá, 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.
Fuente: http://www.humboldt.org.co/images/pdf/Cartogr afiaParamos/Mapa_3b_Cundinamarca.pdf
Fuentes de contaminación en el Páramo de Guerrero.
La minería es una actividad ampliamente desarrollada en el Páramo de Guerrero, se cuenta en
promedio con 53 títulos mineros, el 75% de los títulos presenta incumplimientos en cuanto a
contaminación ambiental. Las principales actividades agrícolasel cultivo la papa, hortalizas y pastos,
que se producen con tecnologías tradicionales, semimecanizadas y con uso intensivo de agroquímicos
, sumado a esto se presentan varias fuentes de contaminación metales pesados actividades como:
extracción de gravillas, arenas, Manganeso, Carbón, Hierro, y Sal, , 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

3. 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, perdida 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 1. Vereda la fuente vía Tocancipa- Zipaquirá.
Contaminación por deficiencia planta de tratamiento de aguas residuales.
Fuente: Propia
Figura 2.Vereda Santa Isabel Guasca.
Contaminación por actividad minera.
Fuente: Propia.

4. Figura 3.Cucunuba.
Contaminación minera en pozos de agua de tratamiento Vereda pluma municipio de Cucunuba,
se observan animales muertos.
Fuente: Propia.
Figura 4.Zipauira- vía la Paz.
Contaminación agua de tratamiento.
Fuente: Propia.

5. Biorremediación como estrategia para la mejora de la biodisponibilidad y biototoxicidad de
metales pesados.
Se debe tener en cuenta que la mayoría de los metales pesados son el origen de la contaminación
ambiental a gran escala, existen varias alternativas de biorremediación para el manejo y degradación
de este tipo de contaminantes, tales como:
a. Bioestimulación:La bioestimulación implicala estimulación de las poblaciones microbianas
nativas con la circulación de soluciones acuosas (que contengan nutrientes -oxígeno) a través
del suelo contaminado, para estimular la actividad de los microorganismos autóctonos, y
mejorar así la biodegradación de contaminantes orgánicos o bien, la inmovilización de
contaminantes inorgánicos insitu(Van Deuren et al.1997).No es recomendable para suelos
arcillosos, altamente estratificados o demasiado heterogéneos.
b. Bioacumulación:Consiste en la adición de microorganismos vivos, que tengan la capacidad
para degradar el contaminante en cuestión, para promover su biodegradación o su
biotransformacióncon el uso de células microbianas vivas.Antes de llevar a cabo la
bioaumentación en un sitio, deben realizarse cultivos de enriquecimiento, aislar
microorganismos capaces de co-metabolizar o utilizar el contaminante como fuente de
carbono, y cultivarlos hasta obtener grandes cantidades debiomasa(Riser-Roberts 1998).
c. Bioabsorción:Cuyo principio es el uso de biomasa microbiana muerta,a través de la captación
de metales por mecanismos fisicoquímicos como la adsorción o el intercambio iónico, en esta
técnica no es necesario adicionar nutrientes, presenta desventajas porque aparentemente
puede resultar costosa y por lo tanto de aplicación muy limitada en países como el nuestro,
aunque la biotecnología industrial podría proveer de la biomasa microbiana que sería utilizada
como biosorbente (Cañizares, 2011).
d. Bioalimentación:Es decir la introducción artificial de poblaciones viables, con el objetivo de
acelerar el proceso biorremediativo, se desarrollan consorcios de microorganismos
degradadores de metales pesados bajo condiciones anaeróbicas cultivando bacterias
endógenas desnitrificadoras del lugar contaminado.
e. Biodegradación enzimática con biorreactores.Es un sistema de descomposición biológica
que permite el crecimiento controlado de microorganismos, aplicado a escala industrial. En
con recipientes que mantienen un ambiente biológicamente activo, como un compostador
doméstico, facilita y aumenta elefecto de procesos químicos generados pormicroorganismos
en contacto con sustancias químicas, através de procesos aeróbicos.
f. Adición (micro algas y macro algas). Se usan como agentes biorremediadores de aguas con
metales y compuestos altamente tóxicos que no son compatibles con la vida de muchos
microorganismos. Se han probado cianobacterias tales como:D. chlorelloides, S. intermedius
(González et al., 2012).
En las técnicas anteriormente mencionadas se usan microorganismos que difieren según el tipo de
contaminante así:
MICROORGANISMO CONTAMINANTE (METAL PESADO).
Cunninghamellaechinulata, Fusarium oxyspo-
rum, Rhizopusstolonifer, Thrichodermaviride,
Trichodermareesei, Staphylococcusxylosus, S.
carnosus, Pseudomonasaeruginosa, Fusarium
Cd.

6. oxysporum, Vibrio harveyi,
Enterobactercloacae, Rhodobiummarinum,
Rhodobactersphaeroides, Mucorsp,
Spirulinaplatensis.
Pseudomonas sp., Micrococcus sp., Bacillus
sp,Aspergillussp. Rhizopussp, Aspergillussp.
Rhizopussp.
Cr.
Shewanellaoneidensis,
Chlamydomonasreinhardtii,
Trichodermaharzianum,
Trichodermaharzianum
Hg.
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
fitoextracción, la fitodegradación y la fitoestabilización (Van Deuren et al. 1997, Hutchinson 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 1999). Se han evidenciado investigaciones que sugieren que las familias:
Solanáceas, Poales, Marpigiales, Fabales,, Brassicales, tienen la capacidad de resistir y transformar
ciertos metales pesados, tal como se muestra a continuación:
PLANTA METAL PESADO
SalvinianatansKunth. Cd
Elodea canadensisMichx. Cd
Pistiastratiotes L. Cd
Spirulinaplatensis Cd
Thlapsisp. Cd
Thlaspicaerulescens Cd
Spirulinaplatensis Cd
Brassica sp, Alyssum sp., Arabidopsis sp, Petrisissp Cr
Ipomoeaquiatica Cr
Helianthusannuus Cd, Cr
Limnocharis flava, Thaliageniculate, Typha latifolia Hg
EichhorniacrassipesMart. Cd, Cr, Hg
Lemnaminor L. Cd, Cr, Hg
Azollapinnata Cd, Cr, Hg,

7. 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 et al., (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 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.
Conclusiones
Las tecnologías de biorremediación de suelos contaminados fueron desarrolladas para acelerar el
proceso natural de la recuperación de suelos, este efecto es logrado mediante la optimización de la
capacidad natural de microorganismos para degradar un contaminante, proporcionando condiciones
para la recuperación de suelos a causa de la actividad minera.
En Colombia, la biorremediación fue 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 afianzamento
investigativo de técnicas de biodegradación para reducir la toxicidad de los contaminantes, así como el
desarrollo de técnicas de bioaumentación realmente útiles.

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VOLKE SEPÚLVEDA,(2013) Tania Tecnologías de remediación para suelos contaminados
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9. Maestría en Desarrollo Sostenible y Medio Ambiente. Módulo: Biotecnología Ambiental