Presentación EE Univ. de los microorganismos. Importancia de los microorganismos en la biorremediación

1. BIORREMEDIACIÓN
Universidad Veracruzana
Sustancias orgánicas e inorgánicas
La importancia de los microorganismos en la
E.E. El universo de los microorganismos
Anabel Morales Solorzano
Humberto Martínez Morales
Eduardo Salazar Benavides
Catedrática: Dra. Rosalba Argumedo Delira

2. Contaminación
Desarrollo industrial
Se ha superado los mecanismos naturales de reciclaje y autodepuración
De los ecosistemas receptores.
La industria química produce gran cantidad de compuestos xenobióticos, cuya estructura química
Difiere considerablemente de los compuestos orgánicos naturales.
Grupos halógenos y nitrogenados
• Propelentes
• Refrigerantes
• Disolventes
• Bifenoles policlordos (PCB)
• Plásticos
• Detergentes
• Explosivos y plaguicidas

3. Contaminación

4. Biorremediación
“La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) ”
Proceso en el que microorganismos, típicamente bacterias u hongos, degradan químicos
Peligrosos a compuestos menos tóxicos o no tóxicos.
• Organismos vivos
• Componentes celulares
• Enzimas libres
Mineralización de compuestos
contaminantes

5. La contaminación ambiental puede ser disminuida con la tecnología de biorremediación
La biorremediación de diferentes contaminantes deberán estar basada en el tipo de químico
Presente, el uso de organismos y el desarrollo de las condiciones ambientales más importantes.
Mercurio (Hg0, Hg2+, Hg2 2+, metil mercurio
como la forma más tóxica): su toxicidad está
relacionada con dificultad respiratoria, caries dental,
neumonía, fallas renales y muerte.
Arsénico (As III a As V, siendo las formas más
abundantes en condiciones aeróbicas As V y
anaeróbicas As III): su toxicidad está relacionada con
irritación estomacal, daño en la piel, disminución de
glóbulos rojos, además de agente cancerígeno.
Plomo (Pb2+ y PbS): su toxicidad está relacionada con
anemia, falla renal, abort

7. Requerimientos de la biorremediación
BIORREMEDIACIÓN
Ausencia de
toxicidad
Remoción de metabolitos
Ausencia de
organismos
competitivos
Nutrientes Temperatura
Humedad pH
Fuente de energía Receptores de
electrones
Microorganismos

8. Características de los microorganismos biodegradadores
• Casi todos son eubacterias
• Poseen actividades de peroxidasas y oxigenadas
• La oxidación subsecuente cambia las propiedades de los compuestos, haciéndolos
susceptibles de ataque secundarios y facilitando su conversión a bióxido de carbono y agua
• Bacterias, algas y hongos
• Plantas (fitorremediación)
• Nemátodos (vermiremediación)

9. Bacterias,
Se han identificado bacterias (ej. Anthrobacteria) que podrían usarse para remover residuos de
pesticidas del suelo
Se emplean bacterias como detectores de polución y para el monitoreo de residuos
Tóxicos. Estos biosensores bacterianos permiten medir los niveles de toxicidad en muestra de
agua y tierra
Posiblemente se usen plantas modificadas genéticamente junto con bacterias para remediar
residuos persistentes, tales como los residuos de explosivos

10. ¿QUE CONTAMINANTES SE PUEDEN ELIMINAR
MEDIANTE BIORREMEDIACIÓN?
 LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS SUELEN SER DEGRADADOS TOTAL O PARCIALMENTE Y ELIMINADOS POR COMPLETO DEL
ECOSISTEMA.
 EJEMP. TOLUENO, EL FENOL O LOS POLIBIFENILOS CLORADOS (PCBS) PUEDEN SER UTILIZADOS COMO FUENTE DE
CARBONO POR BACTERIAS.
 BACTERIAS DE LOS GÉNEROS PSEUDOMONAS, RALSTONIA, BURKHOLDERIA O MYCOBACTERIUM PUEDEN ELIMINAR
HIDROCARBUROS AROMÁTICOS COMO EL TOLUENO O EL NAFTALENO, PESTICIDAS COMO LAS ATRAZINAS, ADITIVOS DE LA
GASOLINA COMO EL TRICLORURO DE ETILO O SUSTANCIAS VENENOSAS COMO EL CIANURO POTÁSICO, TANTO DE
AMBIENTES SÓLIDOS (SUELOS) COMO LÍQUIDOS (RIOS Y MARES).
 ASIMISMO SON CAPACES DE MODIFICAR SUSTANCIAS QUÍMICAS PELIGROSAS, TRANSFORMÁNDOLAS EN OTRAS MENOS
TÓXICAS.

12. Atenuación
natural
In-situ Ex-situ
Bioestimulación Bioaumentación
Biorremediación

13. Atenuación natural
El propio medio ambiente resuelve el problema si se dan las condiciones óptimas,
Aunque se controla el proceso por si se producen compuestos tóxicos secundarios.
• Disolución
• Dispersión
• Volatilización
• Absorción
• biodegradación
Puede darse en condiciones aeróbicas o anaeróbicas. En presencia de oxígeno los
microorganismos convierte en última instancia los contaminantes en dióxido de carbono,
agua y masa celular microbiana (mineralización)

14. Bio - Urban

15. In-situ Se acelera el proceso en el mismo medio modificando las condiciones ambientales
(pH, nutrientes, humedad, temperatura, oxígeno, etc.) añadiendo nutrientes para multiplicar
los organismos del lugar, o inoculando organismos más eficaces para el vertido concreto.
La adición de nutrientes es la opción más económica y la que ofrece más posibilidades
de éxito hoy día.
• Impacto ambiental en la zona
• Actividades industriales que pueden verse afectadas
• La dificultad de acceso a la zona contaminada para proveer de oxígeno y nutrientes
• Velocidad del proceso
• El potencial peligroso de extensión de la contaminación
Bioventeo o Bioaireación o Bioventig, inyección de aire a
presión o Biosparging
• Compuestos volátiles
• Tratamiento de compuestos semivolátiles y no
volátiles

16. Ex-situ EL contaminante se extrae y se degrada en otro sitio en condiciones controladas de
laboratorio. No obstante, se trata de un proceso más caro y que no puede realizarse en la
mayoría de las ocasiones-
Tratamiento:
vía sólida por suspensión
Sistema de aireación , mientras que en
El primero solo se pueden tratar las capas
Del suelo menos profundos
Tratamiento en lechos y compostaje Se excava material contaminado se traslada a un
Reactor.
Suspensión en un medio acuoso del suelo contaminado,
el tratamiento se lleva a cabo bajo saturación de agua

17. ¿QUE ES LA BIOAUMENTACIÓN?
LA BIOAUMENTACIÓN DESARROLLA UN MATERIAL BIOLÓGICO CON EL FIN DE ROMPER SUAVEMENTE CON CIERTOS
COMPUESTOS PARA ESTO SE AÑADE UN MICROBIO (BACTERIA O ARQUEA) A LA ZONA CONTAMINADA QUE ES
CAPAZ DE MEJORAR LA CAPACIDAD DEL MATERIAL BIOLÓGICO Y LOGRAR QUE SE DEGRADE RÁPIDAMENTE Y
TERMINAR LA CONTAMINACIÓN.
LA IMPLANTACIÓN DE ESTA TÉCNICA DEPENDE DE VARIOS FACTORES COMO:
• TAMAÑO DE LA POBLACIÓN MICROBIANA.
• SUPERVIVENCIA DE LOS MICROORGANISMOS.
• COMPETIR CON LA POBLACIÓN AUTÓCTONA.
• SOBREVIVIR A LOS DEPREDADORES.
• POSIBILIDAD DE ACLIMATACIÓN PREVIA

18. ¿QUE ES LA FITORREMEDIACIÓN?
• LA FITORREMEDIACIÓN ES EL EMPLEO DE PLANTAS Y SUS MICROORGANISMOS ASOCIADOS PARA LA
MEJORA FUNCIONAL Y RECUPERACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS, LA DEPURACIÓN DE LAS
AGUAS RESIDUALES O LA LIMPIEZA DEL AIRE INTERIOR ESTE MÉTODO SE BASA EN LOS PROCESOS
NATURALES MEDIANTE LOS CUALES LAS PLANTAS Y LA MICROBIOTA ASOCIADA A SUS RAÍCES DEGRADAN
Y/O SECUESTRAN LOS CONTAMINANTES (POR EJEMPLO: PILON-SMITS 2005).
• ALGUNAS ESTRATEGIAS DE FITORREMEDIACIÓN:
• FITOEXTRACCIÓN
• FITOESTABILIZACIÓN
• RIZODEGRADACIÓN
• FITOVOLATILIZACIÓN

19. • FITOEXTRACCIÓN
• LA PLANTA ABSORBE LOS CONTAMINANTES (PRINCIPALMENTE METALES TRAZA) A TRAVÉS DE LAS
Y LOS ACUMULA EN GRANDES CANTIDADES EN LA BIOMASA AÉREA RETIRÁNDOSE LOS
DEL SUELO A TRAVÉS DE SU COSECHA.
• FITOESTABILIZACIÓN
• MEDIANTE DISTINTOS MECANISMOS, LA PLANTA ES CAPAZ DE SECUESTRAR O INMOVILIZAR LOS
CONTAMINANTES EN LA RAÍZ Y/O EN SU ZONA DE INFLUENCIA. ESTE PROCESO LIMITA LA MIGRACIÓN
BIODISPONIBILIDAD DE LOS CONTAMINANTES Y, POR TANTO, REDUCE SIGNIFICATIVAMENTE LOS
EFECTOS ADVERSOS AL MEDIO AMBIENTE Y SU TRANSFERENCIA A LA CADENA TRÓFICA.

20. • RIZODEGRADACIÓN
• LAS RAÍCES DE LAS PLANTAS LIBERAN CIERTOS COMPUESTOS (EXUDADOS) AL SUELO DE SU ENTORNO
(RIZOSFERA), ESTIMULANDO LA SUPERVIVENCIA, EL CRECIMIENTO Y LA ACTIVIDAD DE LOS
MICROORGANISMOS DE LA RIZOSFERA QUE DEGRADAN LOS CONTAMINANTES ORGÁNICOS.
• FITOVOLATILIZACIÓN
ALGUNAS PLANTAS CAPTAN CONTAMINANTES (COMO EL SELENIO O ALGUNOS XENOBIÓTICOS
Y LOS LIBERAN EN UNA FORMA MENOS TÓXICA A LA ATMÓSFERA A TRAVÉS DE LA TRANSPIRACIÓN.

21. BIORREMEDACIÓN CON BACTERIAS
• ES UN MÉTODO QUE IMPLICA LA MODIFICACIÓN DEL MEDIO AMBIENTE PARA ESTIMULAR EXISTENTES
BACTERIAS CAPACES DE BIORREMEDIAR, ESTO PUEDE HACERSE MEDIANTE LA ADICIÓN DE DIVERSAS
FORMAS DESDE LIMITAR LOS TIPOS DE NUTRIENTES TALES COMO EL FÓSFORO, NITRÓGENO, OXÍGENO O
CARBONO.
• EN LA BIOESTIMULACIÓN SE HACE HINCAPIÉ EN LA IDENTIFICACIÓN Y EL AJUSTE DE CIERTOS FACTORES
FÍSICOS Y QUÍMICOS (TALES COMO LA TEMPERATURA DEL SUELO, PH, CONTENIDO DE HUMEDAD,
CONTENIDO DE NUTRIENTES, ETC.) QUE PUEDEN SER INMINENTE LA VELOCIDAD DE BIODEGRADACIÓN
DEL CONTAMINANTE POR LOS MICROORGANISMOS NATOS EN EL SITIO AFECTADO.

22. ALGUNAS APLICACIONES
• EL USO DE LA INGENIERÍA GENÉTICA PARA CREAR ORGANISMOS ESPECÍFICAMENTE DISEÑADOS PARA LA
BIORREMEDIACIÓN TIENE GRAN POTENCIAL. LA BACTERIA DEINOCOCCUS RADIODURANS (EL SEGUNDO
ORGANISMO MÁS RESISTENTE A LA RADIACIÓN QUE SE CONOZCA) HA SIDO MODIFICADO PARA QUE
PUEDA CONSUMIR EL TOLUENO Y LOS IONES DE MERCURIO DE DESPERDICIO NUCLEAR ALTAMENTE
RADIOACTIVO.
• PUEDE SER EMPLEADA PARA ATACAR CONTAMINANTES ESPECÍFICOS DEL SUELO, POR EJEMPLO EN LA
DEGRADACIÓN BACTERIANA DE COMPUESTOS ORGANOCLORADOS O DE HIDROCARBUROS.
• TAMBIÉN LIMPIEZA DE DERRAMES DE PETRÓLEO POR MEDIO DE LA ADICIÓN DE FERTILIZANTES
CON NITRATOS O SULFATOS PARA ESTIMULAR LA REPRODUCCIÓN DE BACTERIAS NATIVAS O EXÓGENAS
(INTRODUCIDAS) Y DE ESTA FORMA FACILITAR LA DESCOMPOSICIÓN DEL PETRÓLEO CRUDO.

23. BIORREMEDIACIÓN MEDIANTE HONGOS
• LA MYCOREMEDIACIÓN ES UNA FORMA DE BIORREMEDIACIÓN, ES PROCESO DONDE SU UTILIZAN
HONGOS PARA DEGRADAR O ACUMULAR CONTAMINANTES EN EL MEDIO AMBIENTE.
• ALGUNOS HONGOS SON HIPERACUMULADORES, CAPACES DE ABSORBER Y CONCENTRAR METALES
PESADOS EN LOS CUERPOS FRUTALES

25. BIORREMEDIACIÓN MEDIANTE HONGOS
Una función en el
ecosistema es la
descomposición de materia
orgánica
Esta es realizada por el
micelio
Segrega enzimas
extracelulares y ácidos que
descomponen la lignina y la
celulosa
Componentes de
construcción de la fibra de
la planta
Son compuestos por largas
cadenas de carbono y de
hidrógeno
Similar a muchos
contaminantes orgánicos
Factores que afectan la
velocidad y capacidad
 Naturaleza física de los
contaminantes
Mas simples-mas fáciles de
romper
 Condiciones ambientales
predilectas del hongo

26. EXPERIMENTO DEL DR. THOMAS SA
• SE INOCULO MICELIO DE PLEUROTUS OSTREATUS EN UNA ZONA CONTAMINADA CON DIESEL.
• EN UN MES, MÁS DE 95% DE MUCHOS DE LOS HIDROCARBUROS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS SE
HABÍA REDUCIDO A COMPONENTES NO TÓXICOS Y SE HABÍA CONVERTIDO CO2 Y AGUA.
• LOS HONGOS LIGNOCELULÓSICOS SON EFICACES EN LA DESCOMPOSICIÓN DE CONTAMINANTES
AROMÁTICOS, ASÍ COMO COMPUESTOS CLORADOS (PESTICIDAS).

27. VENTAJAS DE BIORREMEDIACION
Ventajas Desventajas
Tratamientos biológicos
Son efectivos en cuanto a costos
Son tecnologías más benéficas
para el ambiente
Los contaminantes
generalmente son destruidos
Se requiere un mínimo o ningún
tratamiento posterior
Accesibilidad a lugares difíciles
Requieren mayores tiempos de
tratamiento
Es necesario verificar la toxicidad
de intermediarios y/o productos
No pueden emplearse si el tipo
de suelo no favorece el
crecimiento microbiano

28. Referencias:
• Alexander, M. 1999 Biodegradation and Bioremediation, 2nd ed. Academic Press, London.
• Alisi, C., Musella, R., Tasso, F., Ubaldi, C., Manzo, S., Creminisi, C., Sprocati, A.R. 2009. Bioremediation of diesel oil in a co-
contaminated soil by bioaugentation with a icrobial formula tailored with native strains selected for heavy metals
resistance. Sci. Total Environ. 407, 3024-3032
• Anderson, R.T., Lovley, D.R. 1999. Naphthalene and benzene degradation under Fe(III)-reducing conditions in petroleum-
contaminated aquifers. Bioremediation Journal 3, 121-135.
• Anderson, R.T., Lovley, D.R. 2000. Anaerobic bioremediation of benzene under sulphate-reducing conditions in a
petroleum-contaminated aquifer. Environmental Science and Technology 34, 2261-2266.
• Atlas, R.M., Unterman R. 1999. Bioremediation. En: Demain AL & Davies JE (Eds) Manual of Industrial Microbiology and
Biotechnology 2nd ed (pp 666-681),
• Baggi, G., Cavalca, L., Francia, P., Zangrossi, M. 2004. Chlorophenol removal from soil suspensions: effects of a specialized
microbial inoculum and a degradable analogue. Biodegradation, 15 (3): 153-160.
• Bastiaens, L., Springael, D., Wattiau, P., Harms, H., deWachter, R., Verachtert, H., Diels, L. 2000. Isolation of adherent
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