SELECCIONAN BACTERIAS PARA CONFIGURAR SISTEMAS DE DEPURACIÓN DE AGUAS A LA CARTA Y DE BAJO COSTE

Investigadores de la Universidad de Granada han configurado biorreactores de bajo coste que depuran aguas residuales e industriales Se trata de recipientes en los que se lleva a cabo un proceso químico que involucra a bacterias, en este caso, seleccionadas 'a la carta' para eliminar contaminantes.

En este estudio los científicos han demostrado el desarrollo de biopelículas microbianas específicas cuando modificaban las características técnicas del soporte donde se desarrollan, consiguiéndose la optimización de los procesos de depuración.

Los expertos han comprobado que se pueden configurar biorreactores adecuados para cada tipo de residuo, ya que los microorganismos acaban adaptándose a las condiciones ambientales que les definen. El investigador de la Universidad de Granada Jesús González-López explica que han analizado los cambios de microorganismos en función del diseño del reactor y cuando son forzados a que descontaminen nitrógeno, por ejemplo, se adaptan al medio. Así se puede alcanzar una potencialidad casi ilimitada para degradar cualquier compuesto, si se ajustan las condiciones ambientales.

Para lograr esta especialización de las bacterias, los investigadores tuvieron que estudiar los tipos de microorganismos existentes en el reactor y cómo iban respondiendo a los cambios ambientales para un contaminante concreto. Los investigadores analizaron cómo respondían los microorganismos ante diferentes compuestos, por ejemplo, un producto tóxico disuelto en el agua, planteando qué condiciones tendrían que facilitar para conseguir que los microorganismos sobrevivieran y degradaran de forma selectiva a los contaminantes presentes.

Este conocimiento permite el desarrollo de biorreactores ‘a la carta’, es decir, sistemas biológicos de bajo coste adaptados a cada contaminante. Otra de las novedades del estudio es la aplicación de técnicas moleculares al estudio de las  poblaciones microbianas. Estas técnicas genéticas detectan una mayor cantidad de microorganismos en el biorreactor en comparación con un 1 o 2 por ciento de los organismos presentes en el sistema de depuración biológica mediante el cultivo.

Hasta el momento los biorreactores se han probado a escala de planta piloto, los investigadores pretenden trasladar ahora los resultados a una depuradora real.

Los biorreactores con los que trabajan en la Universidad de Granada son sistemas biológicos para el tratamiento de efluentes domésticos e industriales donde las bacterias transforman los residuos en compuestos no contaminantes, con lo que permiten que el agua se pueda reutilizar. Los investigadores incorporan distintos soportes inertes donde se depositan microorganismos que forman biopelículas que filtran el agua y la depuran. En contacto en el líquido elemento, las bacterias degradan los contaminantes o los biotransforman. El objetivo es que el agua se pueda reutilizar a un bajo costo de explotación, no para el consumo humano, pero sí como agua de riego de campos de golf o cultivos.

MICROORGANISMOS EXTREMÓFILOS PARA SU APLICACIÓN BIOTECNOLÓGICA

Resisten temperaturas inferiores al punto de congelación del agua, dosis masivas de rayos ultravioleta y valores de acidez que podrían corroer un metal. Estoy hablando de bacterias y otros microorganismos que estudia la ciencia para aprender de ellos y utilizarlos en la industria, entre otras aplicaciones.

Se llaman organismos extremófilos, al estar adaptados a vivir en ambientes cuyas características físicas y/o químicas se apartan enormemente de lo que el ser humano considera las condiciones más adecuadas para la vida, estos organismos han adquirido asombrosas capacidades fisiológicas, explicó el doctor Walter Mac Cormack, director del Departamento de Microbiología Ambiental y Ecofisiología del Instituto Antártico Argentino (IAA). 

Más allá del interés académico que representa el conocimiento de dichas capacidades, tienen potencial aplicación en muy diversos procesos utilizados en la microbiología industrial y la biotecnología. Según Mac Cormack, las enzimas de estos organismos extremófilos, por ejemplo, pueden catalizar reacciones con alto grado de especificidad en condiciones muy desfavorables. Unos años atrás Cormack analizó una muestra marina antártica y describió a Bizionia argentinensis, una bacteria que logra vivir de manera permanente a una temperatura cercana al punto de congelación del agua.

Las enzimas provenientes de ese tipo de organismos son actualmente utilizadas con gran éxito. Y su búsqueda y estudio representa uno de los campos de mayor actividad de la microbiología y la biotecnología actuales. Mac Cormack  además que solamente la aplicación de la enzima ADNpolimerasa de la bacteria Thermus aquaticus (capaz de prosperar en altas temperaturas) en una técnica para “fotocopiar” muestras de ADN que representa un mercado de varios cientos de millones de dólares anuales y ha permitido el desarrollo de metodologías de biología molecular que se aplican en campos tan diversos como el diagnóstico clínico, la medicina forense, el análisis de alimentos y prácticamente cualquier área de investigación biológica.

Sobre Bizionia argentinensis, cuyo genoma ya fue secuenciado, Mac Cormack puntualizó que sus enzimas están adaptadas a trabajar a temperaturas muy bajas. Un análisis profundo de la secuencia génica de Bizionia argentinensis, dijo, aportará novedosa información acerca de los genes que posee este microorganismo y de las adaptaciones que ha adquirido durante su evolución. Si como se estima, algunas de las funciones a descubrir tienen aplicación industrial, se abrirá un vasto campo de desarrollo basado en la optimización de los procesos industriales y biotecnológicos. 

DESARROLAN NUEVO MÉTODO MECÁNICO PARA INTRODUCIR MOLÉCULAS Y NANOPARTÍCULAS EN CÉLULAS VIVAS

Las células vivas están rodeadas por una membrana que regula estrictamente lo que entra y sale de la célula. Esta barrera es necesaria para que las células controlen su entorno interno, pero hace que sea más difícil para los científicos introducir dentro moléculas grandes, como por ejemplo nanopartículas para la obtención de imágenes, o proteínas que puedan reprogramar a las células para que se conviertan en células madre pluripotentes.

Unos investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, ahora han encontrado una manera segura y eficiente de hacer pasar moléculas grandes a través de la membrana celular. Este nuevo método consiste en hacer que las células atraviesen un canal muy estrecho, lo cual provoca que éstas se vean apretujadas lo suficiente como para forzar que se abran pequeños orificios temporales en sus membranas. Cualquier molécula grande que esté flotando en el exterior de la célula, como ARN, proteínas o nanopartículas puede pasar a través de la membrana por el orificio mientras éste se mantenga abierto.

Usando la nueva técnica, el equipo de científicos liderados por Klavs Jensen, pudo enviar al medio intracelular proteínas de reprogramación y generar células madre pluripotentes inducidas con una tasa de éxito de 10 a 100 veces mejor que la alcanzada con cualquier otro método existente.

Jensen y sus colegas también usaron esta técnica para enviar nanopartículas al medio intracelular. Entre las nanopartículas introducidas, destacan los nanotubos de carbono y los puntos cuánticos, los cuales se pueden usar para obtener imágenes de las células y vigilar lo que ocurre en su interior.

El nuevo sistema del MIT parece funcionar bien con muchos tipos de células. Hasta el momento, los investigadores lo han probado con éxito en más de una docena de tipos, incluyendo células humanas y de ratón. También funciona con células extraídas directamente de pacientes humanos, las cuales por lo general son mucho más difíciles de manipular que las líneas de células humanas cultivadas específicamente para la investigación en laboratorio.

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES CON MICROALGAS CONTRARRESTA EL CAMBIO CLIMÁTICO

Las sequías, el deterioro del ecosistema y la pérdida de especies, entre otros daños del cambio climático, han planteado el uso de nuevas soluciones y tecnologías como una necesidad en América Latina, principalmente para la sostenibilidad del agua. Y en esa línea, una de las más innovadoras es el tratamiento de aguas residuales con algas marinas, que contrarresta el cambio climático y que tiene varias ventajas.

Para el experto mexicano Roberto Parra, las microalgas en el tratamiento de aguas residuales permiten la generación de energía, mejorar el tratamiento de lodos y los metabolitos secundarios. Además, disminuyen la calidad de los contaminantes más difíciles de estas aguas, como los nitratos y los fosfatos, que para las microalgas son nutrientes esenciales para su cultivo.

Aunque el uso de las microalgas se remonta a la primera mitad de la década de los ‘50 y pese a que aún se encuentra en estado joven para el tratamiento de agua, ya han obtenido resultados exitosos comprobados por universidades y centros de investigación.

Parra afirma que hace unos dos mil millones de años, fue gracias a estos organismos fotosintéticos que la atmósfera se enriqueció de oxígeno y dio origen a la generación de microorganismos, añadiendo que por cada kilo de biomasa de microalgas producida, se mitigan 1,8 kilogramos de C02 y se producen 1,6 kilogramos de oxígeno.

Por otro lado, al analizar el uso de agua tratada durante el cultivo de microalgas para la producción de biodiésel, se ha evidenciado que ahorraría hasta un 90% de agua y las emisiones de CO2 se verían reducidas considerablemente.

Actualmente existen algunas plantas pilotos que usan las aguas residuales de la industria para el cultivo de algas.

Ese es el caso de la compañía SOLIX, que inició sus operaciones en 2009 al sureste de Colorado, en Estados Unidos. La planta, pionera a nivel mundial, cuenta con aproximadamente 150 mil litros de cultivo de microalgas.

Parra explica que utiliza las aguas residuales generadas durante la producción de metano acumulado en mantos carboníferos y utiliza el CO2 de una planta de lavado de aminas (compuestos químicos orgánicos) adyacente y, de esta manera, la biomasa de microalgas que es producida se usa para extracción de aceite.

UNA BACTERIA CONVIERTE TOXINAS EN ORO

Una especie de bacteria puede convertirse en el «rey Midas» de la naturaleza, ya que es capaz de crear diminutas pepitas de oro para ayudarse a crecer en las soluciones tóxicas del metal precioso. Investigadores creen que la molécula con la que las bacterias crean estas partículas podría ser utilizada en el futuro para recoger oro de los desechos mineros.

Los microbios pueden utilizar algunos metales para desarrollarse, como el hierro, pero otros les resultan letales, como es el caso del oro y la plata. El oro soluble es tóxico para la mayoría de las microbios, pero resulta que se han encontrado biopelículas -ecosistemas microbianos con diferentes microorganismos- sobre la superficie de las pepitas de oro. Y esas bacterias pueden ser, precisamente, las culpables de la acumulación del oro sólido.

Frank Reith, un microbiólogo ambiental en la Universidad de Adelaida (Australia), encontró ya hace diez años algunas de las primeras evidencias de que las bacterias prosperan en partículas de oro. En varios sitios, a miles de kilómetros de distancia, encontró una bacteria, la Cupriavidus metallidurans, que desintoxica el oro disuelto acumulando pequeñas nanopartículas de oro en el interior de sus células.

Ahora, un estudio firmado por un equipo de científicos canadienses de la Universidad McMaster de Hamilton (Ontario) en la revista Nature Chemical Biology se ha preguntado si otra bacteria, la Delftia acidovorans, actúa de forma similar. Descubrieron que esta bacteria no metaboliza el oro soluble como su congénere, si no que lo solidifica en el exterior, bajo una forma no tóxica. Utiliza una molécula para crear estructuras sólidas complejas, similares a las que se encuentran en las pepitas de oro. El proceso se desarrolla en unos segundos, a temperatura ambiente y en condiciones de acidez neutra. Según los científicos, la bacteria es aún más eficaz que los productos utilizados actualmente por la industria para producir nanopartículas de oro.

Los investigadores creen que se podría utilizar esta bacteria para crear oro de las aguas residuales producidas en las minas. Sería como sacar un tesoro de la basura.