MICROORGANISMOS QUE PUEDEN DEGRADAR PLÁSTICOS DE POLIURETANO

Hace cinco años, los productos plásticos de poliuretano comprendían cerca de 3,5 millones de toneladas de todos los plásticos producidos en Europa. En la actualidad, este tipo de plástico sigue siendo usado en la fabricación de diversos productos que aprovechan su ligereza y sus propiedades aislantes y flexibles, desde refrigeradores y edificios hasta zapatos y muebles.  

Desafortunadamente, el poliuretano es difícil de reciclar o destruir dado que la mayoría de estos tipos de plásticos son polímeros termoendurecibles; es decir, no se derriten cuando se calientan. La mayoría de sus residuos terminan en vertederos  donde liberan químicos tóxicos al ambiente, algunos de los cuales son carcinogénicos.

El uso de microorganismos para degradar plásticos en un área de investigación en curso; sin embargo, pocos estudios se han focalizado en la biodegradación de poliuretanos. Ahora, un grupo de investigadores alemanes han identificado y caracterizado a una cepa bacteriana capaz de degradar algunos de los bloques químicos del poliuretano. Las bacterias pueden usar estos compuestos como la única fuente de carbono, nitrógeno y energía. Para los investigadores, esto descubrimiento representa un paso importante para la reutilización de productos a base de poliuretano.
La investigación es parte del programa científico P4SB ( Plastic waste to Plastic value using Pseudomonas putida Synthetic Biology), el cual esta intentando encontrar microorganismos útiles que puedan bioconvertir plásticos derivados del petróleo en plásticos totalmente biodegradables, y como su nombre lo indica, se ha enfocado principalmente en la Pseudomonas putida; por otro lado, aparte del poliuretano, el programa también esta probando la eficacia de los microorganismos para degradar plástico hecho de tereftalato de polietileno (PET), el cual es ampliamente usado en botellas plásticas.

Primero que todo, el equipo alemán se las ingenió para aislar una bacteria, la Pseudomonas sp. TDA1, de un sitio rico en residuos plásticos que muestra ser prometedora en atacar algunos de los enlaces químicos que conforman los plásticos de poliuretano.
Luego los investigadores realizaron un análisis genómico de la bacteria para identificar rutas bioquímicas de degradación. Ellos hicieron descubrimientos preliminares acerca de los factores que ayudan al microorganismo a metabolizar ciertos compuestos químicos en el plástico para la obtención de energía ademas de otros análisis y experimentos para entender las capacidades de la bacteria.
Esta cepa en particular es parte de un grupo de bacterias que se destacan por su tolerancia a compuestos orgánicos tóxicos y otras formas de estrés, muy característico de los microorganismos extremófilos al cual no pertenece.
El Dr. Hermann J. Heipieper, parte del equipo, indica que el primer paso de cualquier futura investigación en Pseudomonas sp. TDA1 será identificar los genes que codifican enzimas extracelulares capaces de degradar ciertos compuestos químicos en los poliuretanos basados en poliesteres. Las enzimas extracelulares, también llamadas exoenzimas, son proteínas secretadas al exterior de la célula y que causan la reacción bioquímica. 
Sin embargo, no hay un plan inmediato para emplear estas u otras enzimas en técnicas de biología sintética para la producción de bioplásticos, lo cual podria involucrar, por ejemplo, convertir genéticamente la bacteria en minifábricas capaces de transformar compuestos químicos derivados del petroleo en compuestos biodegradables amigables con el medio ambiente, desde aquí esperamos que esta idea sea abordada a la brevedad para combatir los problemas ambientales que nos aquejan en la actualidad.

DESCUBREN BACTERAS CAPACES DE DEGRADAR COMPUESTOS PRESENTES EN DESECHOS RADIACTIVOS BAJO CONDICIONES EXTREMADAMENTE ALCALINAS

La eliminación de desechos nucleares es muy complicada, con volúmenes muy grandes destinados a ser enterrados a gran profundidad. El mayor volumen de desechos radiactivos, corresponde a los del tipo catalogado como de nivel intermedio (ILW por sus siglas en inglés), que contienen grandes cantidades de material celulósico que deben ser encerrados en sarcófagos de hormigón antes de su almacenamiento en cámaras subterráneas especiales. Sin embargo, tarde o temprano, las aguas subterráneas acaban alcanzando estos materiales de desecho dando lugar a la predominancia de condiciones alcalinas donde se lleva acabo una serie de reacciones químicas que desencadenan la descomposición de los diversos materiales celulósicos presentes en estos desechos complejos.

Uno de los productos relacionados con estas actividades, el ácido isosacarínico, causa mucha preocupación porque puede reaccionar con una amplia gama de radionucleidos, elementos tóxicos e inestables que se constituyen durante la producción de energía nuclear y que dan forma al componente radiactivo del desecho nuclear. Si el ácido isosacarínico se enlaza químicamente a los radionucleidos, como por ejemplo, el uranio, entonces se vuelven mucho más solubles y aumenta la probabilidad de que fluyan fuera de las cámaras subterráneas, alcanzando acuíferos e incluso la superficie, con el consiguiente riesgo de que contaminen el agua potable o entren en la cadena alimentaria.

Se sabe de algunos microorganismos exóticos que son capaces de sobrevivir expuestos a elevadísimas dosis de radiactividad y que además realizan una actividad biogeoquímica que podría, potencialmente, ayudar a descontaminar lugares emponzoñados con desechos radiactivos, o a evitar que los residuos contaminantes se propaguen por el entorno. El hallazgo de una nueva bacteria de este tipo proyecta un rayo de esperanza sobre algunas de las cuestiones más punzantes de la problemática de los residuos nucleares.

El equipo de Jonathan Lloyd, de la Universidad de Manchester en el Reino Unido, ha descubierto bacterias extremófilas especializadas, que pueden vivir bajo las condiciones alcalinas que podemos esperar encontrar en los desechos radiactivos recubiertos con cemento. Los organismos no solo están adaptados de forma soberbia a vivir en desechos cálcicos altamente alcalinos, sino que pueden usar el ácido isosacarínico como fuente de alimento y energía bajo condiciones virtualmente idénticas a aquellas que se estima que existen dentro de los cementerios nucleares para desechos de nivel intermedio o en sus alrededores. Por ejemplo, cuando no hay oxígeno, un escenario probable en cámaras subterráneas de almacenamiento, que ayude a estas bacterias a “respirar” y descomponer el ácido isosacarínico, estos simples microorganismos unicelulares son capaces de cambiar su metabolismo para respirar usando otras sustancias en el agua, como nitrato o hierro III.

Los procesos biológicos fascinantes que utilizan para mantenerse con vida bajo condiciones tan extremas están siendo estudiados todavía por el equipo de la Universidad de Manchester, así como los efectos de estabilización de estas modestas bacterias sobre los desechos radiactivos, y todo apunta a que esta línea de investigación será muy fructífera.

PROPONEN TRATAR LAS AGUAS CONTAMINADAS CON METALES PESADOS MEDIANTE EL USO DE BIOFILTROS DE ALGAS INMOVILIZADAS

Arsénico, Cadmio y Cobre son algunos de los metales pesados presentes en diversos cuerpos acuíferos, los cuales pueden provenir tanto desde fuentes naturales como de actividades humanas, por ejemplo aguas residuales domésticas, agrícolas e industriales. Ambas fuentes constituyen un peligro tanto para la salud como para la vida acuática.

Con esta problemática en mente, un equipo de investigadores y académicos del Departamento de Ingeniería Matemática y del Centro Gibmar, del Centro de Biotecnologías UdeC, llevan adelante el proyecto AlgaeFilter: Biofiltro de algas inmovilizadas en matriz polimérica para el tratamiento con alto contenido de metales pesados, iniciativa financiada por Innova Chile, en la que además participan las empresas DCS Engineering Ltda., junto a Pigmentos Naturales S.A.
Para desarrollar esta iniciativa es que se han unido el Departamento de Ingeniería Matemática, con el Dr. Roberto Riquelme, junto al Grupo Interdisciplinario en Biotecnología Marina (Gibmar) del Dr. Cristian Agurto, quienes han aunado esfuerzo y conocimiento interdisciplinario para intentar dar solución a uno de los principales problemas ambientales de la actualidad: el alto contenido de metales pesados presente en el agua y que constituyen un riesgo potencial para la salud humana.
El Dr. Roberto Riquelme, director del proyecto, explicó que el objetivo principal es realizar la modelación, diseño y desarrollo de un sistema automatizado de biofiltración alternativo, con un costo competitivo, utilizando algas inmovilizadas en una matriz polimérica para la remoción de metales pesados, desde aguas cargadas tanto de forma natural como desde actividades industriales. Entre otros aspectos, la idea es también dar cumplimiento a las normativas sanitaria y ambiental (DS90 y DS609) vigentes en Chile, que está dirigida a mejorar la calidad del agua, ya sea para consumo humano como también para biorremediar efluentes líquidos industriales que puedan ser reutilizados.
Para el director alterno del proyecto, el Dr. Cristian Agurto, la iniciativa también suma innovación a la propuesta, que tiene que ver con la selección de algas para la remoción de metales pesados mediante filtros 100% naturales y biodegradables, demostrando así una tecnología escalable y comercialmente viable, además de promover la entrada de este producto a un mercado en crecimiento con amplias oportunidades de desarrollo económico en el país sureño.

CIENTÍFICOS LATINOS PROPONEN DESCONTAMINAR SUELOS CON BACTERIAS FERMENTADORAS DE LECHE

Científicos de la Universidad Autónoma de Zacatecas en México (UAZ), en colaboración con expertos del Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos, en Argentina, buscan hacer uso de colonias de bacterias conocidas como Lactobacillus bulgaricus para recuperar suelos contaminados por agentes tóxicos, como metales pesados.

El doctor Cuauhtémoc Araujo Andrade, investigador de la Unidad Académica de Física de la UAZ, manifestó que la investigación busca aprovechar las propiedades que permiten que las Lactobacillus bulgaricus capturen a otras bacterias dañinas para impedir su actividad patógena en el organismo humano. Pero ahora se busca que esa cualidad sea aprovechada para que tales microorganismos capturen iones de metales pesados que contaminan suelos y aguas.

Araujo Andrade manifestó que la aportación de la UAZ consistió en emplear un novedoso método fotónico (basado en el uso de luz infrarroja) para obtener información acerca de cómo es que esas bacterias interaccionan con distintos tipos de iones metálicos, y así optimizar la biorremediación de los suelos. De esa forma, se determinó la eficacia de las Lactobacillus bulgaricus a fin de atrapar a los metales pesados y descontaminar diversos ecosistemas de manera biológica.

El investigador de la casa de estudios zacatecana manifestó que el empleo de Lactobacillus bulgaricus para la descontaminación de suelos representa una alternativa inocua, económica y natural, capaz de lograr la descontaminación de suelos en zonas mineras del país, o de aguas contaminadas cuya polución se origine por los desechos industriales.

Araujo Andrade agregó que gracias a la sinergia de la institución argentina y la UAZ, se ha documentado que uno de los factores más relevantes que permiten una óptima descontaminación del suelo se refiere al tamaño del radio de los iones contaminantes, ya que cuanto mayor sea éste en los metales hay más eficiencia en el secuestro iónico por parte de las bacterias.

Otro de los avances que permitirán emplear las Lactobacillus bulgaricus de manera más eficaz, reside en la observación de que algunas colonias de bacterias son más efectivas que otras para secuestrar metales, por ello, tales resultados podrían fungir como base en el objetivo de criar colonias específicas de esas bacterias en el objetivo de lograr la biorremediación.

DESCUBREN EN LA ANTÁRTIDA UNA BACTERIA CAPAZ DE INHIBIR LA TOXICIDAD DE UN METAL CONTAMINANTE

Bacterias aisladas en suelos de la Antártida son capaces de reducir casi en un 100% la presencia de la forma química de un tipo de metal que afecta algunos ecosistemas. El hallazgo, realizado por investigadores de Argentina y de Malasia, sienta las bases para el desarrollo de procesos de saneamiento de ambientes afectados por la actividad humana.

Los científicos hallaron que bacterias de la cepa Pseudomonas DRY1 inhibieron en un 95% el efecto contaminante del molibdato, un metal proveniente de la industria siderúrgica y asociado a otras actividades humanas como la minería, diversos procesos de catálisis industriales y a la inhibición de los procesos de corrosión, indicó el doctor Walter Mac Cormack, director del Departamento de Microbiología Ambiental y Ecofisiología del Instituto Antártico Argentino (IAA) y uno de los autores principales del estudio.

Las bacterias DRY1 fueron aisladas de suelo en el área de la base científica Carlini, en la Isla 25 de Mayo del archipiélago antártico de las Shetlands del Sur. Por eso, pueden crecer y actuar en condiciones extremas, como mínimas invernales de 22ºC bajo cero y máximas estivales que excepcionalmente alcanzan los 10ºC.

Mac Cormack explicó que además de la temperatura, estos suelos son extremos porque poseen muy bajos niveles de nutrientes, son muy secos y están altamente irradiados por rayos ultravioletas.La bacteria estudiada incorpora el molibdato y modifica su estado con una serie de enzimas reductasas.

Mac Cormack señaló que si se debe trabajar sobre aguas contaminadas, se pueden construir reactores con esa cepa bacteriana inmovilizada de modo que el agua fluya a través de esa matriz como una red. En el caso de la limpieza de suelos, existen otras alternativas que varían de acuerdo al tipo de contaminante, el mecanismo de acción de los microorganismos y las condiciones ambientales requeridas.

DESCUBREN UNA BACTERIA QUE RESPIRA TOXINAS CON POTENCIAL APLICABILIDAD EN LA INDUSTRIA Y EN EL CUIDADO DEL MEDIO AMBIENTE

Enterradas profundamente en el lodo a lo largo de las orillas de un lago de agua salada cerca del Parque Nacional de Yosemite se encuentran colonias de bacterias con una propiedad inusual: respiran un metal tóxico para sobrevivir. Investigadores de la Universidad de Georgia descubrieron la bacteria en una reciente expedición al Lago Mono, en California, y sus experimentos con este organismo inusual demuestran que un día pueda convertirse en una herramienta útil para la industria y la protección del medio ambiente.

Las bacterias utilizan elementos que son notoriamente tóxicos para los humanos, tales como el antimonio y el arsénico, en lugar de oxígeno, una habilidad que les permite sobrevivir enterrados en el lodo de aguas termales en esta única cuenca salina.

Chris Abin, autor de un artículo que describe la investigación afirma que esta bacteria está particularmente encariñada con el arsénico, pero también utiliza otros elementos relacionados, ademá puede ser posible aprovechar estas habilidades naturales para hacer productos útiles a partir de diferentes elementos.

El antimonio es un metal ampliamente utilizado por numerosas industrias para fabricar plásticos, caucho vulcanizado, retardantes de llama y una serie de componentes electrónicos, incluyendo las celdas solares y LEDs. Para hacer estos productos, el antimonio debe ser convertido en trióxido de antimonio, y esta bacteria es capaz de producir dos tipos muy puros de  trióxido de antimonio cristalino perfectamente adecuado para la industria.

Los métodos químicos tradicionales utilizados para convertir mineral de antimonio en trióxido de antimonio pueden ser costosos, consume mucho tiempo y a menudo crean subproductos nocivos. Pero las bacterias descubiertas por los investigadores de UGA hacen trióxido de antimonio naturalmente como consecuencia de la respiración, creando un producto industrial útil sin crear subproductos nocivos o que requieren legiones de equipos especializados.

James Hollibaugh, principal investigador del proyecto indica que los cristales de trióxido de antimonio producidos por esta bacteria son muy superiores a aquellos actualmente producidos usando métodos químicos, pues ellos probaron sus cristales junto a los productos disponibles en el mercado, y los suyos son de calidad idéntica o superior.

Los investigadores creen que las industrias podrían mantener grandes cultivos de sus bacterias en simples tanques de almacenamiento, alimentarlo con antimonio oxidado y recoger los cristales de trióxido de antimonio. Después de recoger los cristales, los fabricantes sólo necesitarían alimentar más antimonio oxidado en los tanques para mantener el proceso predominantemente autosustentable en marcha.
Pero la utilidad de las bacterias no se limita a la refinación de antimonio. Posee un número de diferentes enzimas que les permiten utilizar otros elementos peligrosos que se acumulan en las aguas residuales cerca de minas o refinerías y constituyen una seria amenaza para los seres humanos y los animales. Por ejemplo, las bacterias son capaces de reducir otros contaminantes, incluyendo el selenio y el telurio. Las pruebas preliminares sugieren que las bacterias podrían utilizarse para eliminar estos contaminantes de las aguas residuales y proteger los ecosistemas circundantes. 
Según Hollibaugh, estas bacterias pueden ser utilizadas en una de dos maneras. Las bacterias podrían utilizarse simplemente para limpiar el agua, pero también podrían ayudar a los seres humanos a recuperar y reciclar los elementos valiosos del agua.De esta manera, el agua se mantiene limpia y la industria no pierde un recurso valioso.
Tanto Abin como Hollibaugh advierten que más investigación debe hacerse antes de que cualquiera de estas aplicaciones estén listas para implementarse. La UGA ha solicitado patentes para proteger estos procesos únicos, así como para la propia bacteria, y actualmente están probando la eficacia de las bacterias en diferentes ambientes y condiciones para descubrir cómo las bacterias reaccionan cuando son expuestos a una variedad de metales en forma simultánea. 
Gennaro Gama, gerente senior de licencias de tecnología en la UGA cree que esta tecnología representa una solución viable para muchos tipos de contaminación ambiental, pero también es útil para la producción de materias primas importantes, como el trióxido de antimonio, selenio y teluro elemental.

LOGRAN GENERAR ELECTRICIDAD CON MICROORGANISMOS PRESENTES EN AGUAS RESIDUALES

Ingenieros de la Universidad de Stanford han desarrollado una nueva forma de generar electricidad a partir de aguas residuales utilizando microbios cableados que actúan como minicentrales naturales mientras digieren los desechos animales y vegetales.

En un artículo publicado en «Proceedings of the National Academy of Sciences», sus autores, Yi Cui, investigador de materiales, Criddle Craig, ingeniero ambiental, y Xing Xie, científico interdisciplinario, explican la invención de esta batería microbiana.

Su objetivo es que el invento pueda ser aplicado en lugares como plantas de tratamiento de aguas residuales, o donde se descomponen los contaminantes orgánicos, en zonas muertas de lagos y costas, donde la escorrentía de fertilizantes y otros residuos puede reducir los niveles de oxígeno y afectar a la vida marina.

Por el momento, el prototipo diseñado no supera el tamaño de una pila y presenta dos electrodos, uno positivo y otro negativo, además de una botella con agua residual. Con ese caldo, unidas al electrodo negativo, un tipo inusual de bacterias forman un festín con los desechos orgánicos y producen una electricidad que es captada con el electrodo positivo de la batería. «Lo llamamos la pesca de electrones», explicó Craig.

Durante años, los científicos han sabido de la existencia de los denominados microbios exoelectrogénicos: organismos que han evolucionado en ambientes sin ventilación y desarrollado la capacidad de reaccionar con los minerales de óxido en lugar de respirar oxígeno. Así, durante los últimos doce años, diversos grupos de investigación han intentado utilizar estos microbios como biogeneradores que crearan energía de forma eficiente.

En el electrodo negativo, las colonias de microbios se aferran a los filamentos de carbono, que sirven como conductores eléctricos. Craig aclaró que han podido observar que estos microorganismos hacen nanocables para librarse del exceso de electrones. Esos electrones fluyen hacia el electrodo positivo, fabricado con óxido de plata, que los atrae.

Los investigadores estiman que la batería microbiana puede llegar a extraer el 30 por ciento de la energía encerrada en las aguas residuales, lo que sería parecido a la eficacia de las mejores células para convertir la energía solar en electricidad.

De cara al futuro, uno de los retos, según los investigadores, será encontrar un material barato pero eficaz para el nodo positivo. El uso del óxido de plata es demasiado caro para su uso a gran escala, ahora estan buscando un material más práctico, aunque les llevará algo de tiempo.

DESCUBREN LEVADURAS EN LA PATAGONIA CAPACES DE ACUMULAR METALES CONTAMINANTES

El equipo dirigido por Maria Rosa Giraudo de van Broock, investigadora principal del CONICET en el Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente de Argentina, encontró nuevas especies de levaduras autóctonas de la Patagonia capaces de acumular metales en entornos altamente acidificados.

A partir del año 2004 el grupo de Giraudo comenzó a analizar la biodiversidad presente en el Río Agrio y el Lago Caviahue. El río, que nace en el Volcán Copahue y al llegar a la meseta forma el Lago Caviahue, tiene un gradiente de pH único: en la naciente los valores oscilan entre 0,5 y 1 y a lo largo de su curso el pH aumenta gradualmente hasta neutralizarse.

Los ambientes acuáticos ácidos como este poseen metales disueltos en concentraciones elevadas que resultan tóxicos para plantas y animales. Algunos microorganismos están adaptados a este entorno gracias a sus características metabólicas y presentan una elevada tolerancia a distintos metales, por lo que serían buenos candidatos para utilizar en procesos de remediación de suelos ácidos contaminados con estas sustancias.

Ademas, los métodos químicos tradicionales son sólo efectivos para altas concentraciones de metales, pero no a bajas, por lo que el uso de estas levaduras podría ser un complemento que mejore el tratamiento disponible.

En total se aislaron 32 especies, agrupadas en nueve géneros que fueron ordenados según su grado de adaptación y tolerancia a seis metales –cadmio, cobalto, cobre, litio, níquel y zinc– y se midió su capacidad para acumularlos.

Los resultados obtenidos muestran una clara disminución en la concentración de metal en varios casos, hecho que resulta alentador ya que hasta el momento los medios acidificados no eran recomendados para procesos de biorremediación.

Una cepa de la especie nueva Cryptococcus agrionensis fue capaz de captar 15,8 mg de cobre por gramo de levadura. Cryptococcus sp. 2 retuvo 36,25 mg de níquel y 62,28 mg de zinc por gramo, mientras que Lecythophora sp. fue capaz de remover 67,11 mg de zinc por gramo de levadura.

La remediación se basa en el uso de procesos de degradación químicos o biológicos para eliminar sustancias contaminantes que puedan comprometer seriamente el uso de recursos como el agua para consumo humano. El estudio en profundidad de las interacciones entre microorganismos y metales es fundamental para desarrollar métodos de remoción, recuperación o detoxificación de metales pesados y radionucleidos, es decir, elementos químicos con configuración inestable que al desintegrarse emiten radiación.

Edgardo Donati, investigador del CONICET experto en biorremediación comenta que los proyectos de biorremediación de bajo costo, alta eficiencia y diseñados para el tratamiento de problemas específicos son importantes para la sociedad ya que aportarían soluciones concretas y alcanzables en términos locales para la remediación de aquellas contaminaciones que inevitablemente provocan un serio impacto ambiental, con consecuencias no sólo para el ecosistema, sino además para la sociedad en su conjunto. Por ultimo, ésta línea de investigación puede tener otras aplicaciones como el uso de levaduras en procesos de biolixiviación, donde se usan estos microorganismos para recuperar metales como oro y cobre.