PROYECTO DE BIOREMEDIACION DE SUELOS
Introducción: Han sido varios los motivos que sirvieron de inspiración para realizar esta investigación basada en el tema de la biorremediación. Uno de ellos es, la creciente demanda por buscar maneras de conservar limpias las áreas naturales y/o reestablecer a su estado original aquellas que han sido contaminadas por las acciones del hombre. Por otro lado como empresario, he adoptado una política de Responsabilidad Social Empresarial muy clara, a la hora de llevar adelante un proyecto sustentable ecológicamente hablando.
Esta información, intenta reunir a criterio del autor, los principales aspectos de la biorremediación y su potencial en el tratamiento de desechos industriales; por tal motivo, excite una diferencia entre los datos aquí volcados y los métodos que se aplicaran, según sea el caso.

La biorremediación es una técnica que utiliza organismos biológicos para remediar, reestablecer o devolver un suelo, agua o aire a un estado limpio, libre de contaminantes o, al menos disminuir la concentración de contaminantes a niveles no tóxicos.
Esta investigación busca una manera de aplicar la biorremediación para “limpiar” un suelo que contiene:
  1. Residuos Domiciliarios. (Sin seleccionar)
  2. Residuos Industriales. (Aceites minerales, metales pesados (*), etc.)
  3. Residuos Patológicos. (Hospital zonal)
  4. Asentamiento de viviendas. (Ver “Todas éstas personas”)
    (*) Los metales pesados son elementos químicos del grupo de los metales, con densidad superior a 4.5 g/cm³ y masa atómica alta, como cadmio, cobre, cromo, mercurio, plomo, etc.
    Como contaminantes, son un grupo de sustancias difíciles de metabolizar y que presentan toxicidad para los seres vivos, incluido el hombre.

El suelo que se pretende biorremediar, contiene niveles tóxicos de metales pesados; por tal motivo, se intenta aplicar un proceso para abrir las puertas a un mecanismo económico y sencillo, que tenga el potencial de establecerse como un método válido que se pueda desarrollar y perfeccionar en nuestra cuidad, de manera eficiente y pionera en todo el país.
En este caso se utilizará el hongo Pleurotus Ostreatus como agente biorremediador. Este hongo pertenece al grupo de los basidiomicetos y se escogió, entre algunas de las razones, por su capacidad biorremediadora de algunos químicos en agua y suelo, ya comprobada.
Muchos estudios se enfocan en la habilidad de estos hongos en la degradación de compuestos persistentes, principalmente los de la familia Phanerocaete donde se encuentra el hongo Pleurotus Ostreatus. Estos hongos son efectivos porque producen una enzima extra celular que cataliza una reacción que degrada lignina, un compuesto aromático. Para catalizar estas reacciones poderosas la enzima requiere peróxido de hidrógeno, lo cual el hongo produce.

Los hongos tienen muchas ventajas que facilitan el estudio de su uso en la biorremediación, por ejemplo: los hongos están presentes en hábitats terrestres, además poseen ventaja sobre las bacterias por el hecho de que sus hifas pueden penetrar el suelo contaminado y producir enzimas extracelulares que degradan los contaminantes.

Se ha demostrado que los hongos blancos de putrefacción tienen la capacidad de atacar un amplio espectro de hidrocarbonos poliaromáticos (PAH’s por sus siglas en inglés). Los PAHs son compuestos orgánicos hidrofóbicos con alto grado de mutagenicidad y toxicidad que han sido liberados en el medio ambiente a gran escala; algunos ejemplos son fenantreno, fluoreno y antraceno. Los hongos son además, muy buenos en la acumulación de metales pesados como cadmio, cobre, mercurio, plomo y zinc.

El Pleurotus Ostreatus ha sido objeto de varias investigaciones en diferentes contextos alrededor del mundo. Se han realizado estudios donde se demostró que el P. Ostreatus ataca la lignina luego de degradar la celulosa sustancialmente. Pruebas hechas a todas las especies estudiadas encontraron producción de lacasas, sin embargo, la lignina peroxidasa fue detectada únicamente en P. Ostreatus. Este estudio asoció el blanqueamiento de los árboles con la presencia de P. Ostreatus
En otros estudios realizados, se comparó la capacidad de mineralización de P. Ostreatus versus la microflora presente en un suelo contaminado con PAHs.

En términos generales el hongo Pleurotus ostreatus mineralizó los PAHs de 5 anillos en mayor cantidad, mientras que la microflora indígena fue superior en la mineralización de los PAHs de 3 y 4 anillos.
El Pleurotus ostreatus es un hongo comestible y en torno a esto se han realizado muchas investigaciones relacionadas a su valor económico en la industria de alimentos como también a su valor nutricional.
El cultivo de Pleurotus spp es importante en la industria de alimentos alrededor del mundo la cual se ha expandido en los pasados años. El P. ostreatus es el tercer hongo cultivado más importante para propósitos alimentarios… Nutricionalmente es rico en proteínas, fibra, hidratos de carbono, vitaminas y minerales, además de tener un sabor y olor únicos.

En el área de la medicina se ha encontrado que el género Pleurotus lleva a cabo actividades antibacteriales, antivirales, antitumorales, hematológicas y que ayuda en la reducción de los niveles de colesterol e inhibe el crecimiento de células cancerígenas. Más estudios se han hecho en relación a los factores nutricionales de este género. Dado el hecho de que este género ha demostrado tener tantas capacidades en diferentes áreas, sobretodo en el área de biorremediación y por estar comprobada la eficacia en la biodegradación de algunos componentes químicos, es que el hongo Pleurotus Ostreatus fue escogido para la realización de este proyecto.

En adición a la descomposición de lignina, el potencial de los hongos blancos de putrefacción para la descomposición de varios contaminantes en suelos estériles y no estériles, esta bien documentada.
De hecho, se consideran muy prometedores en su aplicación como biorremediadores de suelos contaminados. Muchas de las tecnologías para remediación de suelos contaminados incluyen no solo tratamientos físicos y químicos, sino también biorremediación de contaminantes por actividad microbiana.

Nota: El Pleurotus ostreatus es el hongo comestible cultivado por la firma que ejecutará el trabajo de biorremediación.

...Todas estas personas –inclusive niños-, son expuestas constantemente a la contaminación acumulada en el suelo, poniendo en riesgo su salud. Otro factor que se debe tomar en cuenta es que no sólo los seres humanos pueden ser directamente afectados por la contaminación del suelo, también las plantas pueden absorber estos metales a través de las raíces y comenzar una trayectoria de contaminación en la cadena alimenticia cuando los animales se alimenten de estas plantas contaminadas y los humanos, a su vez, se alimenten de estos animales.

Los objetivos de este proyecto son los siguientes:

1. Biorremediar el área potencialmente contaminada con todo tipo de residuos, para su posterior utilización por pequeños micro emprendimientos sustentables ecológicamente en el tiempo y en la zona. (zona rural)
2. Estudiar la trayectoria de las concentraciones de todos los residuos, según relación-tiempo, después de aplicar el hongo Pleurotus Ostreatus.
3. Demostrar la importancia de estudiar maneras costo-efectivas y tiempo-efectivas para la limpieza de suelos contaminados con residuos domiciliarios, del agro, patológicos, metales pesados e hidrocarburos.
4. Evitar de manera URGENTE, la contaminación del acuífero “Puelche”, el cual provee a la ciudad de San Lorenzo y muchas otras ciudades, incluidas ciudades de las provincias de Córdoba y Buenos Aires.
5. Aportar esta investigación y trabajo, al municipio de San Lorenzo para contribuir con el desarrollo y el bienestar de toda la ciudad.
6. Este proyecto NO representa para la ciudad de San Lorenzo, ningún aporte y/o gasto económico, ya que será realizado con capitales privados.

Estrategia.
Este proyecto es uno de los más personales que me ha tocado desarrollar, ya que afecta directamente al área en la cual estoy realizando mis actividades laborales y de investigación.
En este informe que entrego, he tratado de ser muy claro al momento de aplicar algunas definiciones, así como también, el ámbito de actuación de mis conocimientos sobre biorremediación.


¿Qué es la biorremediación?
La biorremediación es una forma natural de degradación de compuestos químicos que se encuentran en la naturaleza y es la forma en que se reciclan los nutrientes en los ambientes naturales. Los derrames de hidrocarburos constituyen una amenaza para la vida, sin embargo existen en la naturaleza microorganismos capaces de metabolizarlos.
La biorremediación es una práctica que está tomando importancia a nivel mundial dado que el aumento de la actividad industrial está degradando cada vez más los ecosistemas naturales. El empleo de microorganismos conocidos para el tratamiento de desechos potencialmente tóxicos ya es una práctica habitual en países desarrollados.
La biorremediación es el uso de seres vivos para restaurar ambientes contaminados. Es un concepto que no se debe confundir con depuración. La depuración es la eliminación, ya sea por métodos físico/químicos o biológicos, de un contaminante antes de que éste alcance el medio ambiente.
Cuando la contaminación ya se ha producido, se precisa restaurar el ecosistema contaminado, para lo que se pueden utilizar la biorremediación. El estudio de los procesos de biorremediación tiene un gran interés, por las ventajas que posee la restauración de un ecosistema.


¿Qué organismos participan?
Se pueden emplear diversos organismos en los procesos de biorremediación. Los más usados son las bacterias, hongos e inclusive algas y las plantas (en procesos llamados fitorremediación); pero también se pueden utilizar otros seres vivos tales como los nemátodos.
Entre los microorganismos se destacan especialmente las bacterias, que son los seres vivos con mayor capacidad metabólica del planeta. Las bacterias pueden degradar prácticamente cualquier sustancia orgánica. Si la sustancia se degrada completamente se habla de mineralización; este es el proceso ideal, pero no siempre ocurre. Algunas sustancias no son degradadas sino transformadas en otras (biotransformación -solo por medio de bacterias-).
Esta biotransformación puede ser peligrosa, ya que la nueva sustancia formada puede ser tan nociva o más que la de partida. Finalmente hay sustancias que no son degradadas y se las denomina recalcitrantes.
Éstas se acumulan durante mucho tiempo en el medio ambiente, especialmente si además son resistentes a procesos físico/químicos como la radiación ultravioleta o la oxidación. (Plásticos y vidrio)
Las bacterias además pueden eliminar los contaminantes en ambientes donde hay oxígeno (llamados aeróbicos), pero también en ambientes sin oxígeno (llamados anaeróbicos), ya que pueden respirar otras sustancias diferentes al oxígeno (aceptores de electrones), como por ejemplo el nitrato, el sulfato, el hierro (III), el manganeso, el selenio y un largo etcétera.

¿Qué tipos de contaminantes se pueden eliminar por biorremediación?
Todos aquellos contaminantes que puedan ser degradados o transformados por los seres vivos, son susceptibles de ser eliminados mediante procesos de biorremediación. Los compuestos orgánicos suelen ser degradados total o parcialmente y eliminados por completo del ecosistema. Por ejemplo, compuestos contaminantes tales como el tolueno, el fenol o los polibifenilos clorados (PCBs) pueden ser utilizados como fuente de carbono por bacterias y hongos, tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas.
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 (ríos y mares).
Pero, además muchas bacterias son capaces de modificar sustancias químicas peligrosas, transformándolas en otras menos tóxicas. Así, algunas bacterias pueden reducir la biodisponibilidad (hacerla menos accesible y por lo tanto menos tóxica) de metales pesados tales como el mercurio, el arsénico, el cromo, el cadmio, el zinc o el cobre.

En este caso puntual, las sustancias contaminantes están haciendo peligrar un acuífero. Para su eliminación se inyectan en el suelo nutrientes, hongos Pleurotus Ostreatus y aire forzado que favorecen el crecimiento de microorganismos que acabarán eliminando las sustancias tóxicas.

¿Qué utilidad tienen los microorganismos usados en biorremediación?
Las bacterias responsables de la biorremediación, los procesos bioquímicos que llevan a las reacciones de degradación, así como los genes que codifican las enzimas responsables de estos procesos, se están analizando tanto para un conocimiento desde un punto de vista básico como aplicado. Conocer las proteínas responsables de estos procesos, así como los genes que codifican éstas, como han evolucionado y se han dispersado en los diferentes ecosistemas, nos permitirá documentar y conocer mejor la evolución ligada a procesos geoquímicos de nuestro planeta.
Además, ese conocimiento está sirviendo, para desarrollar herramientas de interés biotecnológico como por ejemplo, el uso de las bacterias benéficas, o parte de ellas en procesos de biominería (extracción de metales de interés usando bacterias), de bioproducción de sustancias de interés tales como bioplásticos o biopolímeros, energía (electricidad), sustancias de interés farmacológico, o enzimas que realizan procesos químicos de una forma más eficiente y más respetuosa con el medio ambiente que la industria química.
Estas bacterias benéficas, o parte de ellas, también pueden ser usadas para desarrollar biosensores, sistemas de detección de sustancias más eficientes y rápidas que los típicos análisis químicos. Todas estas aplicaciones sólo se han podido obtener después de un profundo conocimiento de la biología molecular que subyace en los procesos de biorremediación.

Bacterias Benéficas
La importante generación de residuos procedentes del gran desarrollo industrial ha convertido al proceso de degradación natural en insuficiente, ya que las bacterias naturales que habitan el suelo y el agua, cada día poseen una mayor tarea para enfrentar la contaminación del medio ambiente.
Hoy en día, la existencia de productos biotecnológicos permiten sumar el aporte de microorganismos altamente especializados para degradar desechos orgánicos inertes y transformarlos en elementos inocuos, siendo el arma más potente contra la contaminación de aguas y suelos; potenciando así, al ciclo de degradación que la naturaleza realiza por si misma. Las fórmulas que se desarrollan utilizando los principios biotecnológicos están compuestas por bacterias, hongos, enzimas y los macro y micronutrientes necesarios para el mantenimiento de una actividad reproductiva saludable.
Dichos microorganismos se encuentran en la misma naturaleza, son tipificados, seleccionados y mezclados según su capacidad para degradar distintas estructuras orgánicas. Las etapas de selección y mezclado son un proceso fundamental en la capacidad degradativa de la formulación bacteriana que se obtenga, ya que cuanto más específica sea la capacidad de comportarse ante los distintos tipos de desechos, mayor será la capacidad de digerirlo y mayor serán los intervalos de aplicación de la fórmula en el sistema de tratamiento de todo tipo de residuos.
Para ejemplificar diré que tanto los residuos domiciliarios, desechos patológicos, hidrocarburos, carbohidratos, aceites, proteínas, lípidos y almidones, son todos compuestos orgánicos afectados a la degradación por medio de bacterias, pero es sumamente importante la adecuada selección y utilización de dichos microorganismos, ya que al tener en cuenta sus distintos comportamientos ante cada sustrato, es cuando se logra una velocidad degradativa mayor y el más eficiente funcionamiento.
Así es que la primera característica de una buena mezcla bacteriana es que esta contenga microorganismos altamente compatibles con los componentes que constituyan el problema al cual luego los haremos enfrentar; por ello se seleccionan hongos que tiene la capacidad de alimentarse de estos sustratos conjuntamente con las bacterias. Posteriormente a ser seleccionados, son testeados según los distintos comportamientos a las variables ambientales y son concebidos sin manipulación genética alguna para combinarlos de manera de actuar sinérgicamente entre ellos. A dicho consorcio de trabajo, se le adicionan enzimas, las cuales catalizan y aceleran los procesos degradativos, surgiendo una mezcla totalmente inocua para humanos, animales, plantas y ambiente.
La mezcla de microorganismos que se encuentran en una fórmula bacteriana, trabajan en conjunto. Cada tipo de microorganismo posee los sistemas enzimáticos necesarios para romper ciertos componentes del desecho, de esta manera, el bioproducto metabólico de un microorganismo se transforma en un elemento biodisponible para un sistema enzimático de un segundo microorganismo, y así hasta que los compuestos de interés son sistemáticamente reducidos a simples e inocuas moléculas y elementos tales como CO2, HO2 y O2.
Este proceso es conocido como ciclo del carbono y es el método de la naturaleza, de reciclar nutrientes orgánicos.

¿Qué es la bioaumentación?
Se denomina así a la práctica de asistir a la población bacteriana nativa de un sistema depurador mediante el agregado de microorganismos especializados, bacterias, algas, hongos, etc., desarrollados con el fin de proveer una mayor remoción de la carga orgánica y un incremento de la efectividad de la biomasa.
Aplicaciones
La empresa que ejecutará el trabajo de biorremediación, cuenta con una “formula específica”, para bioaumentar y biorremediar el suelo, y así degradar los desechos que se encuentran en el sitio determinado, teniendo la particularidad que las bacterias benéficas presentes en esta formula se clasifican como anaeróbicos facultativos, pudiendo vivir y proliferar en presencia o ausencia de oxígeno. Por ende, la clase de desechos encontrados en el lugar, constituyen el mejor sustrato para la combinación bacteriana de esta “fórmula específica”, convirtiéndose en el mejor “alimento” para los microorganismos.

¿Cuáles son los beneficios?
En un sistema de tratamiento de residuos existen naturalmente dos tipos de bacterias. Las que son degradativas, aunque insuficientes en calidad y cantidad y un porcentaje variable de bacterias no deseables como, por ejemplo, la Escherichia Colli y otros coliformes.
Con la introducción de una importante cantidad de hongos Pleurotus Ostreatus, se produce una competencia por el sustrato, lo que trae aparejado una exclusión de las bacterias no deseables y un sinergismo con las degradativas naturales.
Dicha exclusión competitiva elimina bacterias que resultan patógenas para el medio ambiente, eliminando de esta manera una importante fuente de enfermedades.
El control de los malos olores es uno de los problemas más preocupantes que debemos enfrentar, siendo los dos principales culpables el sulfuro de hidrógeno y el amoníaco.
Por el proceso de exclusión competitiva se produce también una drástica eliminación de las bacterias generadoras de sulfídrico proveniente de la descomposición por medio de las bacterias de los aminoácidos azufrados (cistina, metionina, y el sulfuro que contiene tiamina, ácido biótico y lipóico).
El amoníaco es producido en el basural, durante la conversión del nitrógeno de la urea en nitrato, siendo su proceso: urea-amoníaco-nitrito-nitrato.
En este ciclo, se produce la oxidación del amoníaco en nitrito. Esta reacción es lenta e inhibida por la temperatura, pH, y otras condiciones químicas que se encuentra en el basural. Cuando la urea se convierte en amoníaco más rápido que la conversión de amoníaco en nitrato, el exceso de amoníaco se libera al aire.
Cuando la incorporación de bacterias benéficas comienza a acelerar el ciclo del nitrógeno, o sea la transformación del amoníaco de la urea (producto de las proteínas) en nitrato, éstas impiden la liberación del amoníaco.
Este proceso efectuado redunda en una notoria disminución de dicho gas en el ambiente, el cual es altamente irritante para el tracto respiratorio de los habitantes de la ciudad, predisponiéndolos al desarrollo de enfermedades respiratorias. Por lo tanto la eliminación de los trastornos aparejados con los malos olores y el exceso de amoniaco en los basurales, son los beneficios más inmediatos que podemos esperar con la biorremediación.
Con las condiciones ambientales propicias (temperatura, pH, nutrientes, etc.) se producirá una reproducción acelerada de los hongos que comenzarán a degradar, haciendo notorio en los primeros días la reducción de olores y una intensa actividad de “burbujas” que indica la producción de CO2 desde el fondo hacia la superficie, siendo la prueba cabal que ha comenzado un metabolismo microbiótico saludable.