Autor: Aqib Hassan Ali Khan, investigador del grupo ICCRAM-Environment, Sustainability and Toxicology, de la Universidad de Burgos.
El desarrollo industrial en muchas regiones del mundo en los últimos años ha integrado el concepto de crecimiento y producción sostenible en sus operaciones. Sin embargo, la mayor parte de la producción industrial sigue siendo la responsable de crear impactos imprevistos de contaminación ambiental. Esta contaminación ambiental se produce cuando sustancias potencialmente nocivas como gases, productos químicos tóxicos o metales pesados alteran el equilibrio natural del aire, el agua o el suelo. Su prevención involucra a científicos y autoridades, elaborando numerosas normas de calidad medioambiental, a las que optan voluntariamente las partes implicadas en cualquier actividad que pueda causar contaminación. El incumplimiento de estas normas establecidas puede dar lugar a la liberación deliberada o no deliberada de contaminantes en el ambiente natural, y si la concentración de dichos contaminantes alcanza niveles xenobióticos, superando sus límites, supondrá una amenaza potencial para la salud, afectando a los seres humanos y a los ecosistemas. Por lo tanto, no es erróneo afirmar que la contaminación es una amenaza significativa para nuestro medio ambiente, que contamina nuestro suelo y nuestra agua con contaminantes emergentes y heredados.
Los métodos tradicionales de descontaminación empleados con frecuencia en proyectos de limpieza a gran escala se basan en gran medida en procesos físicos o químicos. Estas estrategias incluyen la excavación del suelo del lugar contaminado y su eliminación o mezcla con suelo limpio, la encapsulación o solidificación, la estabilización que convierte las toxinas en formas menos móviles, la incineración que se utiliza si el nivel de contaminantes es demasiado alto y el material peligroso se encuentra a granel, y los sistemas de bombeo y tratamiento, un proceso para limpiar las aguas subterráneas contaminadas por contaminantes disueltos, incluidos disolventes industriales, metales y fuel-oil usado. Estas intervenciones no son sostenibles por su elevado coste, su dependencia energética y su potencial de generar contaminación secundaria y residuos. Otra razón que hace que estas intervenciones sean menos eficaces es su enfoque abiótico, que, a pesar de tener éxito a corto plazo, estas metodologías no son adecuadas como medida preventiva, no son proactivas. Por el contrario, las soluciones de remediación biológica o biorremediación son ampliamente aceptadas y consideradas como contrapartidas mucho más seguras, justificables y rentables que se basan en la descomposición, inmovilización o desintoxicación de toxinas mediante el metabolismo de plantas, microorganismos, animales e insectos, lo cual se traduce en un medio ambiente más limpio. La biorremediación es más atractiva desde el punto de vista estético, ya que se trata de un diseño del proceso ecológico que puede funcionar durante más tiempo y llevar a cabo la limpieza del medio ambiente.
Como ya se ha mencionado, las estrategias de biorremediación se desarrollan imitando la capacidad de autolimpieza de la Tierra, con las ventajas adicionales de la recuperación de recursos naturales (Khan et al. 2021). Estas intervenciones biotecnológicas tienen una huella energética y de carbono muy baja o insignificante, ya que se basan en recursos renovables y procesos naturales. En la mayoría de los casos, los métodos biológicos requieren materiales no tóxicos o menos tóxicos, lo que reduce los riesgos para la salud. Las distintas técnicas de biorremediación pueden aplicarse a una amplia gama de contaminantes, desde contaminantes orgánicos a metales pesados. Además, también se pueden recuperar algunos biorecursos, como metales o materiales orgánicos (de biorresiduos y depósitos minerales del suelo), materias primas bioenergéticas y biomoléculas (aceites aromáticos, ceras, bases bioquímicas) para aplicaciones farmacéuticas, cosméticas y medioambientales (Khan et al. 2021).
Existe una serie de métodos de biorremediación que pueden aplicarse para limpiar los ecosistemas contaminados. Las plantas (fitorremediación) y los árboles (dendrorremediación) pueden absorber o descomponer los contaminantes. Del mismo modo, los hongos (micorremediación) son un excelente degradador de contaminantes complejos, debido a la producción de lacasas y otras enzimas metabólicas. Las bacterias (biorremediación) pueden introducirse in situ para potenciar la descomposición natural o favorecer la estabilización de los metales y metaloides. Las algas (ficorremediación) y los animales que se alimentan por filtración, como los mejillones y las ostras (zoorremediación), pueden eliminar del agua contaminantes como antibióticos y sustancias orgánicas. Incluso los insectos (entomorremediación) resultan prometedores para atajar contaminantes específicos, sobre todo contra los residuos orgánicos.
Permítanme compartir algunas aplicaciones interesantes de biorremediación que se adoptan a escala real. En Omán, país conocido por su clima desértico y caluroso, Stefanakis (2022) llevó a cabo un tratamiento sostenible de aguas residuales contaminadas con hidrocarburos y partículas en suspensión utilizando humedales artificiales. Se informó de que la bioaumentación y la bioestimulación no sólo remedian el suelo contaminado con hidrocarburos, sino que también se pueden ampliar a la escala real (Curiel-Alegre et al. 2024). De forma similar, la aplicación conjunta de la micorremediación y la fitorremediación en pruebas a escala real identificó la eficacia de estos métodos para eliminar bacterias coliformes fecales y nutrientes en una cuenca de Washington (Thomas 2009). Los estanques de algas de alta eficiencia de ficorremediación eliminan hasta el 92% de los contaminantes emergentes y hasta el 76% del nitrato y el fosfato, de forma eficaz en las aguas residuales municipales (Gómez-Sagasti et al. 2021). Este estudio de dos años de duración utilizó la fito-, mico- y dendro-remediación para el tratamiento de suelos contaminados con hidrocarburos y TNT. En el estudio se utilizaron plantas de Medicago sativa (alfalfa), especies de hongos Rhizopogon spp., Scleroderma spp., Pisolithus tinctorius, Glomus intraradices y Glomus mosseae, y árboles Populus × canadensis.
Por el contrario, por razones éticas, la aplicación de la entomo- y zoo-remediación ha permanecido generalmente restringida a la gestión de la contaminación orgánica (bio-, alimentos, y / o residuos agrícolas). Por ejemplo, las larvas de Hermetia illucens (mosca soldado-negra) disminuyeron eficientemente la masa seca contaminada con metal y metaloides de las hojas de maíz contaminadas con cadmio (Bulak et al. 2018). Otro procedimiento común de entomorremediación es la vermiremediación, que utiliza lombrices de tierra (Eisenia fetida) para el tratamiento de residuos orgánicos (Gwenzi et al. 2024). Entre los principales agentes de la zoorremediación acuática (oceánica) contra metales, sustancias orgánicas y nutrientes se encuentran las ostras perlíferas, las esponjas, los moluscos gasterópodos, los briozoos y las ascidias (Gifford et al. 2007).
Decidir cuál es el método de biorremediación más adecuado implica un estudio de los fundamentos exhaustivo. La fito y la ficorremediación son técnicas de tratamiento dependientes de la luz solar, en ausencia de penetración de la luz en las matrices ambientales, el uso de la bioaumentación, la micorremediación y los métodos basados en la fauna, como la zoorremediación y la entomorremediación, pueden prosperar en lugares donde no llega la luz solar (subsuelo del suelo, aguas profundas, cuevas y zanjas). De ahí que la selección de una técnica precisa se base en factores como el tipo de contaminante, las condiciones ambientales, la profundidad de la contaminación, la legislación y la percepción pública. Algunos organismos utilizados son capaces de adaptarse a la degradación de hidrocarburos, mientras que otros se especializan en metales pesados o disolventes orgánicos. Identificar la composición detallada del contaminante permite seleccionar agentes biológicos capaces de degradar eficazmente el contaminante. El tipo de suelo, la topografía y las condiciones climáticas afectan drásticamente a la composición microbiana del suelo. Otros factores abióticos que también rigen la composición microbiana son el pH, el contenido de humedad y la disponibilidad de nutrientes. Estos factores también influyen en el tipo de vegetación, de ahí que una planta, animal o insecto adecuado para condiciones más cálidas no sea tan eficaz aplicado en condiciones climáticas más frías, lo que repercute en la técnica elegida. En suelos, las zonas poco profundas favorecen al crecimiento de las raíces de las plantas en la fitorremediación, mientras que las capas más profundas podrían requerir bioaumentación. Los métodos basados en la fauna que utilizan animales o insectos no autóctonos tampoco son una opción adecuada, ya que pueden alterar el equilibrio del ecosistema nativo. En general, la educación y el compromiso del público también son esenciales, ya que algunas técnicas son bien aceptadas y valoradas, como el compostaje o la fitorremediación, mientras que los métodos basados en insectos y animales requieren una labor mayor de concienciación social.
El futuro de la biorremediación es un campo en rápida evolución. La investigación y el desarrollo incesantes mejoran constantemente su eficacia y aplicación. Este avance está siendo impulsado por intrigantes áreas de investigación. En la Universidad de Burgos, el grupo de Medio Ambiente, Sostenibilidad y Toxicología de ICCRAM participa activamente en este progreso. La aplicación combinada de técnicas basadas en sistemas biofísicos y bioquímicos puede dar una solución integral a las complicaciones medioambientales. Recapitulando este debate, la biorremediación es una nueva y prometedora técnica de limpieza medioambiental, con la que podemos combatir eficazmente la contaminación y reducir nuestro impacto ambiental aprovechando la fuerza de la naturaleza. Con el impulso en la investigación y el desarrollo, las técnicas biológicas tienen potencial para convertirse en herramientas descontaminadoras aún más eficaces.
(Artículo original en inglés. Traducción de UCC+i-UBU e ICCRAM).
Referencias
Bulak, P., Polakowski, C., Nowak, K. et al. (2018) Hermetia illucens as a new and promising species for use in entomoremediation. Sci Total Environ. Aug 15; 633: 912-9.
Curiel-Alegre, S., Khan, A.H.A., Rad, C. et al. (2024). Bioaugmentation and vermicompost facilitated the hydrocarbon bioremediation: scaling up from lab to field for petroleum-contaminated soils. Environ Sci Pollut Res.
Gifford, S., Dunstan, R. H., O’Connor, W. et al. (2007). Aquatic zooremediation: deploying animals to remediate contaminated aquatic environments. Trend. Biotechnol., 25, 60-65.
Gómez-Sagasti, M.T., Garbisu, C., Urra, J. et al. (2021) Mycorrhizal-assisted phytoremediation and intercropping strategies improved the health of contaminated soil in a peri-urban area. Front Plant Sci. 2; 12: 693044.
Gwenzi, W., Gufe, C., Alufasi, R. et al. (2024) Insects to the rescue? Insights into applications, mechanisms, and prospects of insect-driven remediation of organic contaminants. Sci Total Environ. 15; 925: 171116.
Khan, A.H.A., Kiyani, A., Mirza, C.R. et al. (2021). Ornamental plants for the phytoremediation of heavy metals: Present knowledge and future perspectives. Environ. Res., 195, 110780.
Khan, A.H.A., Kiyani, A., Santiago-Herrera, M., et al. (2023). Sustainability of phytoremediation: Post-harvest stratagems and economic opportunities for the produced metals contaminated biomass. J Environ. Manag., 326, p.116700.
Stefanakis, A. (2022). Constructed Wetlands for Sustainable Wastewater Treatment in Oman: Experiences from Research and Case Studies. In: Stefanakis, A. (eds) Constructed Wetlands for Wastewater Treatment in Hot and Arid Climates. Wetlands: Ecology, Conservation and Management, vol 7. Springer, Cham.
Thomas, S.A., Aston, L.M., Woodruff, D.L. et al. (2009) Field demonstration of mycoremediation for removal of fecal coliform bacteria and nutrients in the Dungeness watershed, Washington. Final Report. Pacific Northwest National Laboratory. PNWD-4054-1. 2009 Mar. Retrieved on 10-May-2024.
Este artículo ha participado en el VII Concurso de Artículos de Divulgación Científica de la Universidad de Burgos.
