Bacterias contra la contaminación ambiental

Los compuestos orgánicos vertidos a los ecosistemas desde fuentes industriales, urbanas o agrícolas ocasionan serios riesgos ambientales. A fin de disminuir las causas que provocan contaminación, expertos en Higiene y Sanidad de la Universidad de Buenos Aires desarrollan estrategias de bajo costo y alta eficacia que podrían ser aplicadas, en un futuro próximo, al pretratamiento de efluentes contaminados, antes de ser vertidos a los cursos de agua.

Por varias décadas, los expertos mundiales en control de la contaminación ambiental se concentraron en estudiar y buscar estrategias de detoxificación y de biorremediación de los contaminantes químicos más “pesados”, como los contaminantes apolares, tóxicos, persistentes (COPs) y bioacumulables, por ejemplo, los hidrocarburos aromáticos policíclicos, los policlorobifenilos (PCBs) o las dioxinas.

Investigadores de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la Universidad de Buenos Aires estudian bacterias aisladas en aguas de ríos altamente contaminados de Buenos Aires, capaces de degradar y detoxificar cloruro de benzalconio y medicamentos de uso masivo, contaminantes que se conocen actualmente como “emergentes”; y también capaces de transformar metales pesados, tal el cromo. Como parte de los desarrrollos, generaron un reactor económico y de diseño sencillo.

El cloruro de benzalconio, un detergente tensioactivo de uso cotidiano, se analiza especialmente por su capacidad de generar, junto a los antibióticos, resistencia en cepas antes sensibles.

Un segundo tema de estudio de los investigadores de la UBA, y que consiste actualmente en una preocupación mundial, es la contaminación emergente por descarte de fármacos encontrados en aguas superficiales. Realizan ensayos de biodegradabilidad sobre un grupo de cinco medicamentos de uso frecuente con efectos analgésicos, como el ibuprofeno, el diclofenac y el naproxeno; anticonvulsivantes, como la carbamacepina; y un hipolipemiante, como el clofibrato.

El estudio de estos contaminantes está entre las líneas de investigación prioritarias de los principales organismos dedicados a la protección de la salud pública y medioambiental, tales como la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Agencia para la Protección del Medio Ambiente (EPA) de los EE.UU., entre otras instituciones.

Recientemente, L. Damiá Barceló y María José López de Alda, del Instituto de Investigaciones Químicas y Ambientales (CSIC-Barcelona) advirtieron que los fármacos detectados en el medio ambiente acuático, ya sea directamente o sus metabolitos, son varios. “Pero lo que ha despertado una mayor preocupación –enfatizaron– ha sido el hallazgo de algunos de ellos, como el ibuprofeno, el diclofenac, la carbamacepina, o el ácido clofífrico, en aguas potables. En muchos casos, las consecuencias de su presencia no están aún claras, pero en otros el riesgo parece evidente y alarmante”.

Una tercera línea de estudio de los investigadores argentinos está abocada a realizar ensayos con bacterias resistentes a los metales pesados, en este caso el cromo, y que además son capaces de alimentarse exclusivamente con ese metal, que es un contaminante de alta peligrosidad.

En este informe de divulgación se reseñan los resultados más relevantes de esas tres líneas de investigación de los expertos de la UBA.

Las líneas de investigación sobre descarte de desechos industriales o domiciliarios que pueden tener compuestos persistentes tóxicos, se basan en la conveniencia de separarlos del efluente, ya que su presencia cuando son vertidos “en crudo” a los cursos de agua puede afectar a las personas y al ambiente.

En la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la UBA los ensayos de degradación de compuestos orgánicos tóxicos y persistentes fueron iniciados hace más de 25 años por la directora del proyecto, doctora Sonia Korol, cuya tesis doctoral versó sobre detoxificación de fenoles, compuestos que se encuentran con frecuencia en los efluentes de industrias como las papeleras y las textiles.

Posteriomente, los estudios de degradación de clorofenoles constituyeron la materia de análisis de la tesis doctoral de Alfredo Gallego, actualmente codirector del proyecto. Ahora el interés de los investigadores se concentra en otros compuestos tóxicos, como los nitrofenoles y los herbicidas.

“Pero también, recientemente, hemos sumado nuevas líneas que acometen el estudio de otras causas de contaminación, como la denominada contaminación emergente, que por su masividad son difíciles de tratar; tal el descarte de medicamentos de uso frecuente, de los que aún se desconoce su impacto en el medio ambiente y los seres humanos”, explica la doctora Sonia Koorol, profesora asociada de la Cátedra de Higiene y Sanidad.

Los contaminantes emergentes son compuestos de distinto origen y naturaleza química cuya presencia en el medio ambiente, o sus posibles consecuencias, han pasado en gran parte inadvertidas. Es decir que se sabe relativamente poco o nada acerca de su presencia e impacto en el ambiente y en el hombre y que, por tanto, requieren de investigación.

“En muchos casos, las consecuencias de su presencia en el medio ambiente no están aún claras, pero en otros, el riesgo parece evidente y alarmante. Así por ejemplo el diclofenac, aparte de afectar los riñones en los mamíferos, se ha asociado –como consecuencia de su uso en veterinaria— con la desaparición de los buitres blancos en la India y en Pakistán, lo que ha supuesto (según el autor de este estudio, el investigador K. Fent, 2006) un desastre ecológico comparable al acontecido en el pasado con el DDT”, advirtieron los expertos catalanes L. Damiá Barceló y María José López de Alda, del Instituto de Investigaciones Químicas y Ambientales, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, con sede en Barcelona.

“Como resultado de las investigaciones llevadas a cabo hasta ahora, algunos fármacos están siendo considerados por la United State Enviromental Protection Agency (US EPA) “como posibles candidatos a ser incluidos en una lsita de contaminantes orgánicos prioritarios en el agua potable, tal el caso del diclofenac, la carbamacepina y el cloranfenicol (que es un antibiótico). En la Unión Europea, por el momento, no se han fijado límites máximos en el agua potable, (…) pero lo más probable es que un futuro próximo sean regulados”, señalaron Damiá Barceló y López de Alda, en el Panel Científico de Seguimiento de la Política de Aguas, realizado bajo un convenio entre la Universidad de Sevilla y el Ministerio de Medio Ambiente español.

Cómo trabajan los investigadores de la UBA

En los estudios de campo, los investigadores de Facultad de Farmacia y Bioquímica “rastrean” y “capturan”, a cielo abierto, bacterias que hayan logrado adaptarse y sobrevivir a un ambiente hostil, altamente contaminado. Una vez en el laboratorio, las identifican y las cultivan durante un mes.

Luego, mediante bioensayos determinan su capacidad de biodegradar un tóxico determinado, no solo “in vitro”, es decir en condiciones normales de laboratorio, sino en circunstancias lo más semejantes posible a la situación de descarte industrial. Para ello, generan variadas situaciones e, incluso las intensifican para simular la vida en escenarios de suma hostilidad. Hasta lograr, por fin, esa especie de sucursal del infierno, como puede ser desarrollarse en cursos ultracontaminados, así el Riachuelo, uno de los 10 cursos de agua más contaminados del mundo.

La cuenca Matanza-Riachuelo, llamado Riachuelo en su desembocadura y río Matanza en la mayor parte de su desarrollo, es un curso de agua de 64 km, que nace en la provincia de Buenos Aires, constituye el límite Sur de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires y desemboca en el Río de la Plata. Un relevamiento realizado por el Instituto Blacksmith y la Cruz Verde Suiza, que se publicó a principios de noviembre de 2013, presentó la nueva lista de los diez sitios de mayor contaminación del mundo sobre la base de 2.000 riesgos estimados en sitios contaminados de 49 países. Sobre la cuenca Matanza-Riachuelo, que atraviesa 14 municipios bonaerenses, el informe señala que unas «15.000 industrias lanzan efluentes en el río y que los fabricantes de químicos son responsables de más de un tercio de la contaminación». En 2008, el suelo en las orillas del río contenía niveles de zinc, plomo, cobre, níquel y cromo por encima de los niveles recomendados.

“Así, luego de cuatro meses de cultivo, logramos identificar por secuenciación parcial del gen del rRNA 16S, una cepa de Pseudomonas putida, capaz de degradar ácido 3-clorobenzoico (3CB) incluso en presencia de otras sustancias tóxicas”, señala, por su parte, Alfredo Gallego, docente de la Cátedra de Higiene y Sanidad de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la UBA. En este caso, los científicos obtienen como resultado la eliminación casi completa del compuesto tóxico. Es decir que las bacterias, puestas a comer esos “manjares”, no dejan casi nada en el plato.

En cambio, con los nitrofenoles, que como ya se dijo son compuestos persistentes, la experiencia final difiere, ya que las bacterias al degradar compuestos nitrogenados, generan otra molécula nitrogenada, como amoníaco o nitrito, que también es tóxica. Entonces, liberar este nuevo compuesto dañino al ambiente constituye un nuevo problema, más que una solución. Esto obliga a los investigadores a pensar en cómo tratar esos remanentes.

El reactor que diseñaron

El doctor Alfredo Gallego desarrolló un reactor continuo y de lecho fijo, en el que, en pasos sucesivos, se enriquecen e incuban muestras de agua contaminada en un soporte de material plástico de relleno, donde posteriormente se evalúan el desarrollo microbiano y la degradación de los contaminantes (Ver figuras al final del texto).

Algo equivalente a construir un confortable edificio en torre para alojar bacterias, que además de ofrecerles cómodas habitaciones, cuenta entre sus “amenities” con un “restarurante” que les prepara sus manjares predilectos. Nada que envidiar a un “all inclusive”.

Las bacterias se alimentan continuamente. Pero, con el fin de mejorar todavía más su “voracidad”, es decir su capacidad de biodegradación, y analizar sus posibilidades de aplicación real, se comienza el proceso creándoles un ambiente “agradable”. “Porque, ya sabemos que la bacteria “come” un tóxico, pero hay que ver si deja de comer eso y pasa a consumir preferencialmente otro alimento. Es decir, si en las condiciones cambiantes de la vida real, que van a ser por ejemplo los efluentes que deberán detoxificar, continúan degradando el tóxico”, grafica Gallego. Así es que se las expone a condiciones variables de pH, temperatura, presencia de colorantes, de otros contaminantes, de flora acompañante, entre otros. También se las tienta con algo “rico”, por ejemplo glucosa, que vendría a ser como un exquisito tiramisú para las bacterias. Es para comprobar si resisten a la tentación.

Cloruro de benzalconio

Podría preguntarse cuál es el interés de investigar el efecto de descarte de desinfectantes poco contaminantes como el cloruro de benzalconio; es decir, poco contaminante si se lo compara con otros tóxicos más potentes. Pero, ocurre que, en el largo plazo, pueden generar cepas de bacterias que, habiendo logrado sobrevivir en su presencia, al igual que ocurre en presencia de antibióticos, se adaptan mutando en microorganismos resistentes a los tratamientos médicos convencionales. Se las suele llamar vulgarmente “superbacterias” y originan, cada vez más, serios problemas de salud pública.

El cloruro de benzalconio tiene efecto detergente tensioactivo, es germicida e inhibidor de la corrosión. Se lo usa cotidianamente en ámbitos domésticos y hospitalarios, agrícolas e industriales. Por ejemplo, es el aditivo de elección para las piscinas por su efecto alguicida.

“Un modo de evaluar si el cloruro de benzalconio se degradó totalmente consiste en medir la toxicidad en un bioensayo realizado con algas. Inicialmente, expuestas a elevadas concentraciones de cloruro de benzalconio, las algas son incapaces de sobrevivir”, explica Gallego. Y agrega: “Pero, al final del recorrido del reactor, se encuentra que las algas sí pueden crecer, debido a que las bacterias que habitan en él se encargan de limpiar el agua del contaminante, dejando niveles muy bajos del tóxico”.

Medicamentos de uso frecuente

Otro problema de creciente preocupación mundial –continúa Gallego– es la contaminación difusa en la que incurren tanto los productores, en la industria farmacéutica, como, pasivamente, los consumidores de medicamentos a través de sus excretas.

Si bien nuestro organismo y el de las bacterias pueden degradar remedios, sus moléculas están diseñadas para hacerlo luego de un complejo proceso que permite su correcta absorción y disolución para alcanzar el efecto deseado, luego del cual, son eliminados por la orina y la materia fecal, llegando a las cloacas y a las plantas de tratamiento, sin ser previamente degradados.

Así, los medicamentos que más se toman son, en consecuencia, los que más aparecen en las aguas: por ejemplo, el ibuprofeno, las hormonas y los antibióticos son los que se hallan con mayor frecuencia.
Los investigadores de la FFyB estudian la biodegradabilidad en un grupo de cinco medicamentos de uso frecuente: ibuprofeno, diclofenac y naproxeno, carbamacepina y clofibrato. De ellos, el ibuprofeno es el que resulta más degradable.

Por otra parte, cabe destacar con respecto de la eliminación de anticonceptivos orales en las aguas, que su peligrosidad reside en generar igual efecto en el hombre como en los peces, lo cual produce la feminización de estos últimos y podría afectar su supervivencia.

Metales pesados

Al extenso menú de nutrientes tóxicos, el equipo de investigadores suman ensayos que amplíen la “carta” con metales pesados, como el cromo, esperando que sea del gusto de estas bacterias sobrevivientes de ríos ultracontaminados para que, entonces, sean ellas mismas quienes se encarguen del proceso de detoxificación.

En ese sentido, respecto al cromo, que es comúnmente utilizado en procesos químicos de curtiembres y la industria del cromado, los expertos de Higiene y Sanidad han logrado identificar una bacteria que modifica la molécula de cromo. Es decir, la transforma de cromo seis (Cr6) a cromo tres (Cr3), al modificar la valencia de este elemento químico. El Cr3 es una variable no soluble en agua, que sedimenta, esto hace posible que pueda separárselo del efluente, y luego pueda depositárselo en sitios de resguardo.

Fuente: http://www.ecoticias.com