Determinación de la capacidad biodegradadora de hidrocarburos aromáticos policiclicos de los hongos

Resumen

El objetivo de esta investigación fue determinar la capacidad biodegradadora de hidrocarburos aromático policíclicos (HAPs) de hongos provenientes de aguas de la costa oeste de la península de Paraguaná, con el fin de tener una solución a la mano a posibles contaminaciones por hidrocarburos en las zonas de Amuay y Punta Cardón por la presencia de sus refinerías, para lograrlo se realizo una investigación de tipo experimental donde se tomaron 18 muestras por triplicado de agua de las zonas en estudio, donde se aislaron 27 cepas de hongos las cuales 13 fueron Aspergillus níger, 9 Rhizopus ssp y 5 Aspergillus flavus, estas se sometieron a ensayos para seleccionar las que más degradaban de cada especie con medio Czapek dox Agar , midiendo su crecimiento diario durante 15 días, donde se seleccionaron 3 cepas identificadas como: 3Pc correspondiente al hongo Aspergillus níger, 1A° correspondiente al Rhizopus ssp y 2AII correspondiente al Aspergillus flavus. Con estas cepas se realizo un ensayo con medio Czapek liquido preparado con agua de mar de la zona en estudio, utilizando como fuente de carbono Antraceno, con el fin de determinar la capacidad de biodegradadora de cada una de estas cepas durante 20 días, dando resultados favorables para las cepas 3Pc (Aspergillus níger) y 1A°(Rhizopus ssp). Por último se realizó un simulacro donde se tomo agua de mar de la zona en estudio la cual se agregó antraceno y se inoculo con un consorcio de las cepas seleccionadas, incubando durante 11 semanas. Los resultados demostraron que dichas cepas lograron una disminución de antraceno desde el 5% hasta un 50%, donde el hongo Rhizopus ssp tuvo mayor desempeño a altas concentraciones (400 ppm) y el hongo Aspergillus níger tuvo un mejor desempeño a concentraciones menores (200 ppm).

Palabras Claves: Hongo, Degradación, Hidrocarburos Aromáticos Policiclicos.

ABSTRACT

The aim of this investigation was the determination of the biodegradable capacity of polycyclic hydrocarbons (PCHC) using fungus. Samples of water were taken from the western coast of the Paraguaná peninsula, more specifically in the areas of Amuay and Punta Cardoon in the state of Falcon where it was possible to separate 27 stocks (stumps) of fungus, of which 13 were Aspergillus níger, 9 Rhizopus ssp and the remainder was Aspergillus flavus. The fungus were submitted to testing in order to select the one which suffered mayor degradation by means of Czapeck dox Agar, measuring its (fungus) growth daily for a period of 15 days, from which 3 stocks were identified as : 3Pc corresponding to Aspergillus níger, 1A° corresponding to Rhizopus ssp and 2AI corresponding to Aspergillus flavus.

Tests were carried out with the afore mentioned fungus stocks, they were carried out by means of liquid Czapeck prepared with salt water from the study sites utilizing antracene as a source of carbon. The degradation capacity of each of the stocks was determined during a 20 day period, where favorable results were obtained for 3Pc (Aspergillus níger) and 1A° (Rhizopus ssp) stocks.

Last a simulation was carried out, sea water was retrieved from the study site and contaminated with anthracite to which consortium was incubated to the fungus stocks during 11 weeks, obtaining acceptable results and the added possibility of an improvement with a more prolonged incubation time.

Introducción

Es importante mantener el agua de mar libre de contaminación para así mantener los ecosistemas y más aún de los derramen petroleros los cuales afectan la flora y la fauna marina creando una película que impide la entrada de los rayos del sol dificultando la fotosíntesis y así disminuyendo el oxigeno del agua y alterando todo en su entorno, también puede haber presencia de hidrocarburos aromáticos policíclicos difíciles de degradar y altamente contaminantes cancerígenos y mutagénicos.

Una de las principales actividades económicas de Venezuela es la explotación del petróleo crudo para su procesamiento y la comercialización de los productos finales al mercado nacional e internacional, donde la empresa encargada de esto es PDVSA, haciendo parte de esta el centro refinador más grande del mundo, que es la fusión de tres importantes refinerías: Amuay, Cardón y Bajo Grande, las cuales tienen una capacidad de refinación de 940 millones de barriles diarios, ubicadas en la Península de Paraguaná y funcionando allí desde hacen más de 50 años

Al estar estas refinerías tan cerca de la costa, existe la posibilidad de contaminación de las aguas por hidrocarburos causantes de derrames petroleros, fugas, lastre, etc. , por esta razón, el objetivo de estudio fue determinar la capacidad biodegradadora de hidrocarburos aromático policíclicos (HAPs) de hongos provenientes de aguas de la costa oeste de la península de Paraguaná

Se Trabajo con hongos autóctonos de la zona en estudio (Amuay y Punta Cardón) como agentes biorremediadores en su mayoría de del genero Aspergillus hongo lignolíticos los cuales son de gran ayuda debido a que se trabajo antraceno un hidrocarburo aromático policíclicos altamente contaminante, esta metodología es buena pero necesita grandes lapsos de tiempo, debido a que los hongos no se les hace fácil degradar estos tipos de hidrocarburos por su alto impedimento estérico, sin embargo los resultados fueron aceptables tomando en cuenta que de todos los hongos aislados se seleccionaron solo 3 por su rapidez de degradación.

Se realizaron 2 tipos de ensayos, el primero donde el agua contaminada y los hongos tenían sales y nutrientes (medio Czapek) y duro 20 días, el segundo con agua contaminada y hongos: este último ensayo tuvo una duración aproximadamente de 11 semanas, arrojando resultados aceptables pero con la opción a mejorar.

CAPITULO I

El problema

Planteamiento del Problema

Históricamente los residuos y desechos generado por la industria del petróleo y de los hidrocarburos, incluyendo la perforación y extracción de crudo, la refinación, la petroquímica, el gas natural, productos y servicios afines, está íntimamente relacionada con la contaminación de ecosistemas tanto terrestre como acuáticos, siendo así considerada como la actividad que más impactos ambientales genera a nivel global y local (Field, et al.1993).

En Venezuela se encuentra el Centro de refinación más grande del mundo que está constituido por tres refinerías de las cuales las dos de mayor importancia son la Refinería Amuay y Refinería Cardón que se encuentran en la zona de estudio de este proyecto, se estableció así debido a que existe la posibilidad de que por ser estas las más grandes, y las que mayor costa abarcan sean las principales causantes de contaminación en la zona.

Las costas ubicadas en el oeste de la Península de Paraguaná se ven afectadas, porque aún cuando no se han visualizados derrames de gran magnitud, si se han presentado accidentes menores, que poco a poco han contribuido a la contaminación de dichas playas, muchos de estos a causa de la presencia de "lastre" cuyos responsables son los buques y tanqueros cuando efectúan operaciones de entregan y/o recibo de productos refinados del crudo. El lastre no es más que hidrocarburo contaminado con agua salada que es drenado de los buque mediantes las operaciones de achiques, así como también por fugas en los equipos de perforación marina, y actividades pesqueras de embarcaciones menores con motor fuera de borda, a parte de la vertiente hacia el mar de las aguas utilizadas para el enfriamiento de algunos equipos de la Refinería (Bello, 2007).

El funcionamiento de la Refinería por más de 50 años y algunos pobladores dedicados a la pesca en dicha zona, al momento de realizarle el mantenimiento a los motores de sus embarcaciones ha generado un fuerte impacto ambiental en la zona, debido a que todos estos desechos como el agua enfriamiento de algunos equipos de la Refinería y otros líquidos como lubricantes y combustibles son vertidos en la costa (Zárate P, Pérez G, 2010)

El último derrame registrado por la Oficina Municipal de Ambiente y PDVSA en la costa oeste de la Península de Paraguaná tuvo lugar el día 2 de Octubre de 2007, aún cuando éstos organismos activaron el procedimiento reglamentario para solventar el problema, la comunidad biológica fue alterada por efectos nocivos como: cambios en el ciclo vital y una incidencia de enfermedades debido al aumento de virus, bacterias, hongos y otros. Este problema no solo ha afectado la pesca artesanal en la zona, sino también al sector turístico, económico y social de la población debido a que la costa ha perdido su tradición como sitio para bañistas (Reyes, 2004).

Los hidrocarburos son un grupo de compuestos orgánicos que están conformados por moléculas de carbono e hidrogeno y muchos de ellos, específicamente los aromáticos contienen dos o más anillos bencénicos que los hace especialmente más estables que el resto de los compuestos, éstos conforman fracciones importantes de los contaminantes más comúnmente encontrados en las aguas cuando ocurren los derrames, y se hacen mucho más estables o difíciles de degradar a medida que aumenta el número de anillos en una misma molécula, son estos los llamados hidrocarburos aromáticos policíclicos; los PAHs y se consideran compuestos orgánicos persistentes (COPs), por lo que pueden permanecer en el medio ambiente por largos periodos de tiempo sin alterar sus propiedades tóxicas. Las propiedades semi volátiles de los PAHs les otorgan gran movilidad. Algunos de estos hidrocarburos poseen propiedades cancerígenas y/o muta génicas. Es por ello que a la hora de considerar la idea de la realización de un proceso de biodegradación estos compuestos toman el papel protagónico ante los demás compuestos hidrocarbonados (Castaño, 2004).

Los hongos que descomponen la madera, llamados también hongos lignolíticos, son capaces de degradar la lignina, entre estos se encuentran las especies con las características más adecuadas para ser utilizadas en diferentes procesos biotecnológicos de descontaminación, esto debido a que la complejidad estructural de la lignina, hace que las enzimas se caractericen por mecanismos de acción no específicos que oxidan los anillos aromáticos que constituyen dicho polímero (Blanco, 2004). Motivo por el cual se han reportados a estos como agentes degradadores de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (Sutherland, 1995)

El propósito de la investigación es determinar la capacidad biodegradadora de hidrocarburos aromático policíclicos (HAPs) de hongos provenientes de aguas de la costa oeste de la península de Paraguaná

Objetivos

Objetivo General

• Determinar la capacidad biodegradadora de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) de hongos provenientes de aguas en la costa oeste de la Península de Paraguaná.

Objetivos Específicos

• Aislar e identificar las especies fúngicas provenientes de las muestras tomadas en las aguas de la costa oeste de la Península de Paraguaná (Punta Cardón – Amuay).

• Cuantificar y seleccionar las especies fúngicas identificadas de acuerdo a su capacidad de degradación.

• Comparar la capacidad biodegradadora de antraceno de las especies fúngicas seleccionadas anteriormente durante 20 días.

• Simular a nivel de laboratorio muestras contaminadas con antraceno y exponer un consorcio de las especies fúngicas seleccionadas anteriormente a dichas muestras.

Justificación e Importancia

Frente a la problemática ambiental que presenta la zona oeste de la Península de Paraguaná originada por la presencia de las refinerías Amuay y Punta Cardón, la integridad del ecosistema acuático y terrestre a sido afectada ocasionando diferentes pasivos ambientales que son difíciles de contrarrestar, razón por la cual es necesario la aplicación de técnicas de biorremediación, A causa de esta problemática se está estudiando el uso de microorganismos como biorremediadores para disminuir la contaminación de las aguas.

En virtud de esta necesidad, se presenta como posible solución el uso de hongos como agentes de biorremediación para contribuir a la disminución de los hidrocarburos aromáticos policíclicos, en las aguas de la costa oeste de la Península de Paraguaná, proponiendo una tecnología que de ser factible seria una opción más económica en comparación con las físicas, químicas y mecánicas, buscando así la solución de problemas sociales asociados a la contaminación de la playas, además del desarrollo de la actividad turística y pesquera realizada por los habitantes de esta comunidad.

La idea de realizar esta investigación es contribuir a encontrar una solución al problema de la contaminación de agua por hidrocarburos aromáticos policíclicos a través de la biorremediación con especies fúngicas; estudiar su capacidad biodegradadora, y así determinar si es una solución viable.

El aporte de ésta investigación está enfocada en el área de la bioingeniería ambiental y no solo se dirige a la biorremediación de aguas afectadas por derrames de hidrocarburos, sino también a la biorremediación de suelos, fosas petrolíferas y constituiría una base de información para el diseño de biorreactores, constituyendo así un aporte para estudios posteriores relacionados con la aplicación de determinados hongos en zonas afectadas con derrames de hidrocarburos, lo cual sería menos costoso, ecológicamente compatible, no genera desechos y asegura una completa degradación.

Alcance y Delimitación

Esta investigación va dirigida a la determinación la capacidad biodegradadora de hongos autóctonos de la costa oeste de la Península de Paraguaná y establecer si pueden ser una solución a la hora de una contaminación de estas aguas con hidrocarburos aromáticos policíclicos. Para ello se usara como contaminante antraceno, se observara el comportamiento de los hongos frente al contaminante, sometiendo las muestras a extracción con normal hexano para luego aplicar Espectrometría UV.

El área de investigación es la costa Oeste de la Península de Paraguaná (Punta Cardón y Amuay) empezando por cuatro puntos de muestreos en Punta Cardón, punto Nº 1 a los 11º 36` 33.79“ Norte y 70º 13` 30.53 “ Oeste, punto Nº 2 se ubica a los 11º 36` 43.88“ Norte y 70º13`27.14“ Oeste, punto Nº 3 a los 11° 36" 52.17" Norte y 70° 13" 24.87" Oeste y el punto Nº 4 a los 11° 36"58.79" Norte y 70° 13" 27.68" Oeste, seguidamente Amuay, con cuatro puntos de muestreo, punto Nº 1 a los 11º 45` 45.82“ Norte y 70º 14` 20.99 “ Oeste, punto Nº 2 se ubica a los 11º 45` 51.97“ Norte y 70º12`21.97“ Oeste, punto Nº 3 a los 11° 45" 50,51" Norte y 70° 12" 22.77" Oeste y el punto Nº 4 a los 11° 45" 48.58" Norte y 70° 12" 21.27" Oeste éstas son consideradas las muestras problema, además se tomará una muestra considera como el blanco o muestra control, la cual se tomo fuera de la zonas de influencia, específicamente en la playa El Pico a los 11º 51`12.27“ Norte y 70º 18` 06.76 “ Oeste.

El aislamiento, identificación y determinación de la capacidad de degradación de antraceno de las especies fúngicas, asociadas a las aguas marinas que se evalúan, se realizaron en el laboratorio de microbiología (LIADSA/UNEFM). En este se procederá a cuantificar y a identificar de la microflora fúngica por medio de los métodos de aislamiento y cultivo, los cuales se utilizan rutinariamente en el laboratorio. Una vez efectuada la cuantificación e identificación, se realizará la evaluación del potencial biodegradador del antraceno de las especies presentes en las muestras a fin de seleccionar las especies con mayor capacidad, para esta se realizaron 2 ensayos uno que duro 20 días y otro que tuvo una duración de 9 semanas aproximadamente.

CAPITULO II

Marco teórico

2.1. Antecedentes

Araujo, I. (2002) realizo una investigación titulada" Biorremediación de aguas contaminadas con derivados de hidrocarburos utilizando cepas bacterianas autóctonas". En esta investigación se tomaron muestras de agua de la ribera del Lago de Maracaibo, sector Capitán Chico, Edo. Zulia y se aislaron 16 cepas bacterianas, que fueron probadas en su capacidad para degradar hidrocarburos, mediante un ensayo de factibilidad utilizando gasoil como fuente de carbono. Se seleccionaron 07 de las cepas, evaluando su capacidad para degradar a través de un estudio de biotratabilidad en tanques plásticos de 25 L conteniendo: 2 L del cultivo mixto (10 % inóculo), un aceite lubricante en una concentración de 7000 mg/L yagua potable. Los resultados indicaron que en los tanques inoculados, fertilizados y aireados, lograron remociones, hasta un 89 % de los hidrocarburos totales.

Bello, J. Cuenca L. (2008) desarrollo el trabajo titulado "Evaluación del potencial biodegradador de la microflora fúngica asociada a derrames de hidrocarburos en las aguas de la bahía de Amuay". El objetivo de este estudio fue evaluar el potencial biodegradador de la microflora fúngica (hongos) asociada a derrames de hidrocarburos en la bahía de Amuay" Para esto fueron tomadas muestras de aguas superficiales en cuatro puntos dentro de la bahía. Se caracterizaron fisicoquímicamente se aislaron los hongos que estaban presentes para determinar su capacidad para degradar. Los hongos escogidos para llevar a cabo la biodegradación fueron el Aspergillus níger y el Trichoderma, y como fuente de carbono se uso kerosén y diesel automotriz. Evaluando la biodegradación mediante la estimación de la densidad óptica y la biomasa obteniendo resultados positivos

Pérez, G. Zárate, P. (2010) elaboraron una "Propuesta de tratamiento biológico a nivel de laboratorio a las aguas contaminadas con hidrocarburos provenientes de la Bahía de Amuay". Esta investigación tuvo como finalidad establecer un procedimiento biorremediador a las aguas de mar contaminadas con hidrocarburos. Se establecieron 3 zonas de muestreo, se empleó el método 5520 B para el contenido de aceite y grasa, y el método 5520 F para la determinación del contenido de hidrocarburos. Se identificaron 13 cepas de hongo identificados entre Aspergillus níger y Aspergillus fumigatus. Las cepas se inocularon en medio Sabouraud sin Ágar y con sacarosa, medio Czapek Dox con Ágar y sin sacarosa y otros ensayos con fuentes de carbono aceites y grasas contenidas en el agua de mar, hidrocarburos totales recuperados de petróleo contenidas en el agua de mar.

Depool, B. (2010) estudio es "Uso del hongo lignolítico Aspergillus níger en la biodegradación de hidrocarburos aromáticos policíclicos totales en muestras de agua de la Bahía Amuay".El diseño de esta investigación corresponde a la modalidad descriptiva – experimental, donde se plantea el uso de una cepa fúngica de Aspergillus níger en la biodegradación de los HPAs en muestras de agua de la Bahía de Amuay estado Falcón. El inoculo fue ajustado a 1,5 x106 esporas/ mL Se inoculo por triplicado 0,5 mL de la cepa Aspergillus níger en tubos de ensayos en medio mineral líquido (MCD) con las diferentes fuentes de carbono, a un pH de 5,5 y 30°C. Como control se utilizaron glucosa (Czapek+ G), sacarosa (Czapek+ S). El método aplicado mostró que se logró una disminución de los HAPs en (85%) en un período de tres semanas, cuantificando la biomasa por el método gravimétrico.

Antequera, A. (2010) realizo una investigación titulada "Biodegradación de hidrocarburos policíclicos aromáticos totales presentes en aguas de la Bahía de Amuay, utilizando el hongo Aspergillus flavus como agente de biorremediación". Para este estudio los tratamientos de biorremediación aplicados fueron a) Aspergillus flavus en medio Czapeck y agua de la bahía de Amuay; y b) Aspergillus flavus en medio agua de la bahía; evaluando a su vez el crecimiento de la biomasa para los diferentes medios de carbono: Aspergillus flavus con Czapeck y glucosa.; A. flavus con Czapeck y sacarosa; A. flavus con Czapeck y agua de la bahía; A. flavus con agua de bahía de Amuay; A. flavus con Czapeck. los análisis microbiológicos permitieron determinar la eficiencia del hongo Aspergillus flavus sobre los HAPs mostrando un aumento proporcional de biomasa del hongo.

Bases Teóricas

El Agua

El agua es una sustancia química que tiene propiedades muy peculiares, una de ellas es su gran poder de disolver, por lo que se le ha llamado "el Solvente Universal", es por ello que casi nunca se encuentra un agua pura.

Normalmente el agua se clasifica según su origen, según el uso que se le vaya a dar y según las sustancias que tiene en solución (Bolaños, A. 2007).

Clasificación del agua

Según su origen se clasifican en: Agua superficial las cuales son: agua de río, agua de pozo, agua de lagos y lagunas, agua de mar. agua de lluvia. agua destilada, agua purificada.

Según el uso que se le vaya a dar se clasifica en: Agua de uso doméstico, como: agua para limpieza y lavado, agua para uso industrial, Para generadores de vapor de alta y baja presión, Para enfriamiento, agua para análisis químicos, agua para aplicaciones biológicas (libre de pirógenos).

Según las sustancias que tienen en solución, cada tipo de agua según su origen tiene en forma disuelta, suspendida o coloidal, diversas sales minerales y gases en cantidades variables dependiendo de donde procedan.

Propiedades físicas del agua

Por ser de pequeño tamaño se puede incorporar en el seno de otras sustancias, capacidad de reaccionar con ciertas sustancias para dar productos solubles, elevada constante dieléctrica, es decir, la concentración de iones es muy pequeña, si se solubiliza una sal, la conductividad se eleva considerablemente, posibilidad de formar puentes de hidrógeno con especies de alta electronegatividad, momento dipolar grande, sustancia de comportamiento anfótero, puede actuar como base o como ácido, es decir ceder o aceptar protones en disolución. (Bolaños, A. 2007)

Características de la calidad del agua

Tabla Nº1 Parámetros Físicos químicos del agua (Estándares Europeos)

Fuente: Pérez, G. Zarate, P. (2010)

Tabla Nº2 Parámetros relativos a Sustancias Toxicas. (Estándares Europeos)

Fuente: Pérez, G. Zarate, P. (2010)

Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs)

Estos contienen dos o más anillos bencénicos que los hace especialmente más estables que el resto de los compuestos, éstos conforman fracciones importantes de los contaminantes más comúnmente encontrados en las aguas cuando ocurren los derrames, y se hacen mucho más estables o difíciles de degradar a medida que aumenta el número de anillos en una misma molécula, son estos los llamados hidrocarburos aromáticos policíclicos; los PAHs y se consideran compuestos orgánicos persistentes (COPs), por lo que pueden permanecer en el medio ambiente por largos periodos de tiempo sin alterar sus propiedades tóxicas. Las propiedades semi volátiles de los PAHs les otorgan gran movilidad. Algunos de estos hidrocarburos poseen propiedades cancerígenas y/o muta génicas. Los más comunes son el naftaleno, antraceno y el fenantreno.

Antraceno

Este consta de tres anillos bencénicos como se muestra en la figura # 01. A temperatura ambiente es un sólido incoloro que sublima fácilmente, el mismo viene del alquitrán, se usa para sintetizar una gama amplia de colorantes como la alizarina. Además utiliza la síntesis de algunos insecticidas y conservantes.

Figura #01 Estructura química del antraceno. Fuente: Palencia, M. (2010)

. Fenantreno

Está compuesto por tres anillos fusionados benceno como se muestra en la figura #02 su forma pura, es encontrado en el humo del cigarrillo y es un conocido irritante fotosensibilizando la piel a la luz. Provee el marco aromático de los esteroides.

Figura #02 Estructura química de fenantreno. Fuente: Palencia, M. (2010)

Naftaleno

Es un sólido blanco que se volatiliza fácilmente y se produce naturalmente cuando se queman combustibles, es también llamado alquitrán blanco y se ha usado en bolas y escamas para ahuyentar las polillas, quemar tabaco o madera produce naftaleno, tiene un olor fuerte pero no desagradable

Figura #03 Estructura química del naftaleno. Fuente: Palencia, M. (2010)

Estructura de los HAPs

Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HPAs) se definen por ser estructuras formadas por 2 o más moléculas de benceno fusionadas. Se conocen unos 100 HAPs diferentes ya que existe una elevada cantidad de isómeros. La estructura atómica del anillo bencénico les confiere una gran estabilidad termodinámica debido a la elevada energía de resonancia negativa que proporciona contener seis orbitales moleculares p por solapamiento cíclico.

Todos los compuestos con sistemas electrónicos p-cíclicos son catalogados como aromáticos (Viñas, 2005).

Origen y distribución de los HAPs en el medio ambiente

El anillo bencénico es una de las estructuras más ampliamente distribuida en la naturaleza. Se encuentra formando parte de compuestos mono y policíclicos, así como de otras substancias más complejas como la lignina. Los HAPs se forman por la exposición de moléculas orgánicas a elevadas temperaturas (pirolisis), así como también por exposiciones a menor temperatura (100-150ºC) y a elevadas presiones durante millones de años en sedimentos, durante la formación del petróleo (origen petrogénico). Las mezclas de HAPs de origen petrogénico se distinguen de las pirolíticas por 30 ser más ricas en HAPs alquilados debido a la diferente temperatura de formación (Viñas, 2005).

Sistema Ecológico

Es cada área del globo donde se realizan con acción reciproca un intercambio de materiales y de energía entre los organismos, las condiciones físicas y las sustancias no vivientes. Los animales y vegetales pertenecientes a este ecosistema constituyen una comunidad biológica o biocenosis.

Las características universales de todos los sistemas ecológicos están constituidas por cuatro componentes:

• Las características físico químicas del ambiente

• Los productores, ósea aquellos organismos autótrofos capaces de fabricar alimentos de sustancias orgánicas sencillas

• Los consumidores, es decir los organismos heterótrofos

• Los descomponedores, ósea: bacterias, hongos, microorganismos que despedazan los compuestos orgánicos y los convierten en sustancias más sencillas que a menudo son utilizadas por los productores.

Aguas contaminadas por hidrocarburos

Los hidrocarburos son un tipo de contaminantes que afectan a la calidad del agua de manera importante. Los derrames de petróleo, cada día son más frecuentes en los océanos, dejan estelas de contaminación de efectos a muy largo plazo. La formación de una película impermeable sobre el agua en las zonas de derrame afecta rápida y directamente a las aves y a los mamíferos acuáticos ya que obstruye el intercambio gaseoso y desvía los rayos luminosos que aprovecha el fitoplancton para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis. Las capas de petróleo en el océano son degradadas por hongos y bacterias pero es un proceso lento en aguas calientes y mucho más lento en aguas frías, pero es uno de los más eficaces.

Biorremediación

Es una tecnología que utiliza el potencial metabólico de los microorganismos (fundamentalmente bacterias, pero también hongos) para transformar contaminantes orgánicos en compuestos más simples poco o nada contaminantes, y, por tanto, se puede utilizar para limpiar terrenos o aguas contaminadas, según Glazer y Nikaido. (Sánchez, 2006).

La Biorremediación es el proceso utilizado por el hombre para destoxificar variados contaminantes en los diferentes ambientes, mares, estuarios, lagos, ríos y suelos usando de forma estratégica microorganismos, plantas o enzimas de estos. Esta técnica es utilizada para disminuir la contaminación por los hidrocarburos de petróleo y sus derivados, metales pesados e insecticidas; además se usa para el tratamiento de aguas domésticas e industriales, aguas procesadas y de consumo humano, aire y gases de desecho. Afortunadamente la biotecnología ha permitido el desarrollo de diversas estrategias que pueden ser utilizadas con el fin de restaurar aguas, suelos y la calidad ambiental, de acuerdo con las necesidades y dimensiones del problema a solucionar (Vargas, 2004).

Tabla Nº3 Ventajas y Desventajas de la Biorremediación

Fuente: Pérez, G. Zarate, P (2010)

Principales Características de los Métodos de Biorremediación

Adición de Nutrientes

El metabolismo microbiano está orientado a la reproducción de los organismos y éstos requieren que los constituyentes químicos se encuentren disponibles para su asimilación y sintetización. Los nutrientes principalmente requeridos son el fósforo y el nitrógeno (Arroyo et al., 2004). Al añadir nutriente se acelera el proceso, en el mismo medio modificado las condiciones ambientales como (pH, humedad, temperatura, oxigeno, etc.)

La adición de nutrientes es la opción más económica y la que ofrece más posibilidades de éxito hoy en día, aplicado para superarla principal limitación sobre la velocidad de la biodegradación natural del petróleo. De los tres métodos de biorremediación, este ha sido el más estudiado, y actualmente se presenta como el de más factible aplicación para la mayoría de los vertidos. Pérez, G. Zarate, P. (2010)

Inoculación

Según) este proceso incorpora microorganismos para realizar una función específica, como es la degradación de contaminantes. Los microorganismos pueden ser comerciales o preparados para un fin específico. La inoculación se usa cuando los microorganismos no pueden degradar el contaminante presente, o cuando se producen inhibición por presencia de sales o metales (Alexander, 1999).

Aplicado para aprovechar la ventaja de las especies de microorganismos más eficientes en la degradación de petróleo. Los resultados de pruebas de campo, no han sido concluyentes. Por lo tanto el uso de microorganismos modificados genéticamente, probablemente no es necesario en la mayoría de los casos debido a la amplia variedad de microorganismos naturales (Muerza, 2006).

Existen, según el mismo autor, diversos factores que logran la total y perfecta biodegradación del petróleo, con rangos máximos y mínimos de optimización en cuanto a la temperatura, estableciendo de igual manera la utilización de oxigeno durante el proceso.

Factores que afectan la biodegradación del petróleo

Temperatura

• Rango de temp: -2 – 35 ºC

• Menor degradación a menor temperatura 25 _ 5 ºC; la vel. De degradación disminuye 10 veces

• Menor volatilidad, mayor viscosidad.

Oxigeno

• Su disponibilidad no suele ser limitante en ambientes marinos

• La biodegradación aerobia es mucho mayor que la Anaerobia.

• Depende de su ubicación en el ambiente marino, por ejemplo es mucho menor en sedimentos, playas de baja energía, etc.

Nutrientes

• Su disponibilidad suele ser más limitante que la deO2

• La mayoría de los ambiente marinos son deficiente

en algunos nutriente esenciales como N, P o Fe

• Relación C/N/P necesaria: 120:10:1

Fuente: Alexander (1999).

Microorganismos

Los microorganismos pertenecen al tercer reino del mundo viviente llamados protistos y se dividen en algas, hongos, protozoos, bacterias y virus, los cuales constituyen el sector más amplio, tanto desde el punto de vista cuantitativo como cualitativo, es indudable que solo se conoce de ellos una pequeña parte. Presentes en todos los ambientes si no existieran la tierra carecería de su característico aspecto y sería imposible la perpetuación de cualquier otra forma de vida. Aunque se han estudiado especialmente cuando su presencia provoca daños, en realidad predominan sus actividades útiles.

Los diversos grupos sistemáticos de microbios se han organizados en disciplinas autónomas como: la protozoología, la micología, la bacteriología, la virología, etc.

Crecimiento de los Microorganismos:

La supervivencia de cualquier microorganismo dentro de su nicho depende en gran parte de la competencia con éxito por los nutrimentos y de la conservación de una reserva de células vivientes durante la privación nutricional. Cada vez está más claro que muchos microorganismos existen en consorcios formados por representantes de diferentes géneros. Cabe recordar que muchos microorganismos compiten en el ambiente natural mientras que están en tensión nutricional, circunstancia que puede producir un estado fisiológico bastante distinto al observado en el laboratorio.

El crecimiento es el incremento ordenado en todos los componentes de un microorganismo. Por lo tanto, el aumento de tamaño que resulta cuando una célula capta agua o deposita lípidos o polisacáridos, no es un crecimiento verdadero. La multiplicación celular es una consecuencia del crecimiento; en microorganismos unicelulares, la multiplicación conduce a un aumento en el número de individuos dando lugar a una población o cultivo (Jawetz y otros, 1990).

Papel que Desempeñan los Microorganismos

Según Sánchez, J. (2006) Los microorganismos juegan un papel importante en la eliminación de los hidrocarburos en los ecosistemas terrestres y acuáticos, siendo la degradación microbiana el principal proceso de descontaminación natural (Prince, 1993). Por lo tanto es necesario un buen conocimiento y control de este proceso natural para aplicarlo a tecnologías de biorremediación (Whise, 2000).

La degradación de los compuestos recalcitrantes y en especial de hidrocarburos han sido evaluadas con consorcios microbianos donde se han

Encontrado resultados satisfactorios para la disminución de estos contaminantes en el suelo y agua de igual manera se le atribuyen a las bacterias un alto porcentaje en la degradación de los hidrocarburos aunque en algunos casos los hongos son más eficientes en la degradación de hidrocarburos que las bacterias en ciertas condiciones ambientales y para los

compuestos más recalcitrantes, es por ello que estos hongos se han divulgado para ser activos degradadores de petróleo (Fedorak et al., 1984; Amanchukwu et al., 1989) siendo estos capaces de degradar el petróleo crudo más efectivamente que las bacterias (Adekunle et al., 2004).

Microorganismos ligninolíticos

La capacidad para catalizar la celulosa y hemicelulosa es una característica común para diversos hongos y otros microorganismos. Por el contrario, al ser la lignina un heteropolímero muy recalcitrante, solamente es mineralizado (transformado hasta dióxido de carbono y agua) en forma limitada por algunas bacterias y extensivamente por un grupo de hongos, Estos hongos ligninolíticos, denominados hongos de la pudrición blanca de la madera, comprenden un grupo de organismos cuya característica es su capacidad para mineralizar eficientemente la lignina. Presumiblemente, esta degradación selectiva les permite tener acceso a la celulosa y hemicelulosa, las cuales finalmente representan su fuente de carbono y energía.

La mayoría de los hongos ligninolíticos pertenecen al grupo Basidiomycetes y son los microorganismos más eficientes en degradar totalmente la lignina. Estos organismos secretan varias enzimas extracelulares que son esenciales para la transformación inicial de la lignina y que en conjunto logran su mineralización.

Medios de Cultivo

Muchos microorganismos necesitan además uno u otro de los oligoelementos, vitaminas ó suplementos antes indicados. Si el medio de cultivo está compuesto por sustancias químicas definidas, se habla de un medio de cultivo sintético ó definido. Se pretende conseguir definir para cada microorganismo los nutrientes mínimos para establecer un medio mínimo, que contenga únicamente los componentes necesarios para el crecimiento. Las especies más exigentes requieren un gran número de complementos.

Los medios pueden ser clasificados como, naturales, semisintéticos y sintéticos (Lilly, 1965).

Medio natural

Esta clase de medios está compuesta de productos naturales de plantas y animales. La composición exacta de tales medios es desconocida.

Existe una gran variedad de medios naturales que se usan para cultivar hongos, como son: papa, granos de maíz y arroz, tapones de zanahorias, ramas, tallos, raíces y hojas de varias plantas. Productos naturales parcialmente procesados, tales como, malta y extracto de levaduras, peptona, caseína hidrolizada son muy conocidos (Lilly, 1965).

Medios semisintéticos

Estos medios están compuestos de partes de productos naturales y partes de productos químicos de composición conocida (Lilly, 1965).

Medios sintéticos

Estos medios son ideales en general, porque se conocen los constituyentes y sus concentraciones. Los medios sintéticos son esenciales para estudiar los requerimientos de los hongos, puesto que estos medio pueden satisfacer los requerimientos nutricionales de los hongos (Lilly, 1965).

Medios líquidos y con Ágar

El medio líquido es el más utilizado para las investigaciones nutricionales, mientras que el medio con Ágar se usa para muchos propósitos, sobre todo para el examen macro y microscópico (Lilly, 1965).

Fuentes de carbono

Las células pueden dividirse en dos grandes grupos según la forma química del carbono que precisan tomar del entorno: las células autótrofas (auto alimentadas), pueden utilizar el dióxido de carbono como fuente única de carbono y construir a partir de él los esqueletos carbonados de todas sus biomoléculas orgánicas, y las Heterótrofas (alimentadas de otros), que no pueden emplear el dióxido de carbono y tienen que obtener el carbono de su entorno en una forma reducida relativamente compleja, tal como la Glucosa (Lehninger, 2005).