Las bacterias: su impacto en los medios naturales y en las industrias. (página 2)

'Además de mineralizar la biomasa muerta, los microorganismos marinos pueden reciclar elementos contaminantes en el agua, suplir funciones vitales básicas, y de ellos pueden deducirse 'muchos conocimientos aplicables a los humanos'(10).

Gracias a la interacción de diferentes bacterias, Olavius algarvensis, un pequeño gusano que vive en aguas del Mediterráneo cerca de la isla de Elba, Italia, puede sobrevivir sin boca, estómago ni intestino, ya que los microorganismos le proporcionan energía y eliminan sus residuos (10).

Del mismo modo, detalló Amann, 'hace quinientos años los microorganismos presentes en los ríos podían depurar los residuos de las poblaciones humanas que vivían a sus orillas'. Esto ya no es posible, en estos momentos, debido al aumento de la población, sin embargo, los investigadores actuales pueden 'detectar qué organismo depura el agua, enriquecerlo y condensarlo para hacerlo más activo'(10).

Según Amann, aunque la microbiología marina se dirige a una 'era genómica', gracias a la posibilidad de secuenciar masivamente el ADN, no deben ser desechados otros enfoques, pues la 'secuenciación no indica cómo funciona e interactúa un organismo en su entorno' (10). Los autores de esta modesta revisión coincidimos con esa preocupación pero, al mismo tiempo, apoyamos las opciones biotecnológicas, siempre que se apliquen de forma racional.

2.1.2- Las bacterias y la eliminación del amoníaco

Los científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS), a través de un proceso bacteriano innovador, preparan el camino para métodos nuevos, económicos y a gran escala para la eliminación del amoníaco de las aguas residuales en las producciones bovinas (10).

En ensayos con anammox (Oxidación anaeróbia de amonio), Vanotti y Szogi, del ARS, han sido los primeros investigadores en aislar, a partir de residuales bovinos, las bacterias planctomycetes usadas en el proceso de anammox. Del mismo modo, han destacado el potencial comercial de anammox para eliminar el nitrógeno de las aguas residuales en tasas semejantes a las obtenidas por métodos convencionales. El anammox, descubierto en los Países Bajos durante los años noventa del pasado siglo, usa menos energía que los sistemas tradicionales de eliminación de nitrógeno biológico porque sólo una parte del amonio en las aguas residuales necesita ser nitrificada, y elimina el amonio sin el gasto de aeración o aditivos. Se han logrado tasas altas de eliminación de nitrógeno mejorando el ambiente para la multiplicación bacteriana, pero su lenta velocidad de crecimiento hace difícil su cultivo (10).

El aislamiento de estas bacterias de las aguas residuales permitiría a los investigadores el desarrollo de tratamientos económicos para los residuos que contienen niveles altos de amoníaco. En tal sentido, Vanotti puntualiza que, aunque los investigadores han usado anammox para eliminar hasta 500 gramos de nitrógeno por metro cúbico diario, a partir de las aguas residuales bovinas, su meta es triplicar esta tasa en el futuro (10).

2.1.3- Las bacterias y el medio ambiente

Las bacterias desempeñan un papel importante en el reciclado de muchos elementos y compuestos químicos en la naturaleza, muchos de ellos con una elevada toxicidad. En ausencia de dichas actividades bacterianas, la vida en la Tierra no sería posible. Las basuras y los desperdicios nos inundarían si las bacterias no acelerasen la descomposición de las plantas y animales muertos. Como resultado de su actividad, los restos de sustancias orgánicas de las plantas y los animales se descomponen en partículas inorgánicas. Este mecanismo es una fuente importante de alimento para las plantas. Además, las leguminosas enriquecen el suelo al incrementar el contenido de nitrógeno gracias a la ayuda de la especie Rhizobium radicicola bacteria que infecta las raíces de las plantas y origina nódulos de fijación de nitrógeno. El proceso fotosintético en que se basan las plantas fue desarrollado, originalmente, en bacterias, así, de acuerdo a la teoría endosimbiótica, los cloroplastos y las mitocondrias de las células eucarióticas derivaron de bacterias primitivas que parasitaron a otras procariotas (2, 10).

2.1.4- Fijación de nitrógeno

Las bacterias desempeñan una función muy importante en la fertilidad del suelo. Estos microorganismos convierten el nitrógeno atmosférico en amoníaco, un compuesto nitrogenado que las plantas necesitan para crecer; son los únicos organismos capaces de realizar este proceso bioquímico que recibe el nombre de fijación de nitrógeno. Las bacterias capaces de fijar el nitrógeno atmosférico suelen vivir en asociación con las plantas. Por ejemplo, las bacterias del género Rhizobium, forman nódulos en las raíces de las judías y otras plantas de la familia de las leguminosas. Existen, además, otras especies capaces de fijar nitrógeno de forma asimbiótica entre las que destacan los géneros Azotobacter y Beijerinckia. (10-12).

2.1.5- Quimiosíntesis

Las bacterias desempeñan una función fundamental en los ciclos de otros elementos en el medio ambiente. Muchas bacterias obtienen su energía mediante la oxidación de sustancias orgánicas o inorgánicas; en general se les clasifica como quimiótrofas: quimiolitótrofas si el compuesto oxidado es inorgánico y quimiorganótrofas cuando oxidan sustancias orgánicas. Las bacterias quimiolitótrofas emplean la energía química presente en los compuestos inorgánicos, en lugar de la energía de la luz utilizada por las plantas, para transformar el CO2 en diferentes moléculas orgánicas de las que otros organismos pueden nutrirse. La quimiosíntesis ocurre en las grietas hidrotermales del fondo de los océanos, donde no se dispone de luz para llevar a cabo la fotosíntesis pero hay grandes cantidades de H2S. Alrededor de estas grietas hidrotermales pueden desarrollarse múltiples organismos marinos gracias a que las bacterias, a partir de la energía obtenida de la oxidación del H2S, transforman el CO2 en nutrientes orgánicos. Además, estas bacterias están adaptadas a las altas temperaturas que existen en esos manantiales del fondo oceánico. La capacidad de las bacterias de utilizar compuestos de azufre como fuentes de energía también ha sido muy útil en diversos procesos industriales (8, 10-12).

2.1.6- El ciclo del carbono

El carbono, vital para todos los seres vivos, circula de manera continua en el ecosistema terrestre. En la atmósfera existe en forma de dióxido de carbono, que emplean las plantas en la fotosíntesis. Los animales usan el carbono de las plantas y liberan dióxido de carbono, producto del metabolismo. Aunque parte del carbono desaparece de forma temporal del ciclo en forma de carbón, petróleo, combustibles fósiles, gas y depósitos calizos, la respiración y la fotosíntesis mantienen prácticamente estable la cantidad de carbono atmosférico. La industrialización aporta dióxido de carbono adicional al medio ambiente (12).

Las bacterias y los hongos (levaduras y mohos) son esenciales para otro proceso que hace posible la vida en la Tierra: el ciclo del carbono. Estos organismos ayudan a producir el dióxido de carbono (CO2) que las plantas toman de la atmósfera. Mediante la fotosíntesis, las plantas convierten la luz solar y el CO2 en alimento y energía, liberando oxígeno a la atmósfera (11-14).

El ciclo del carbono continúa una vez que las plantas y los animales mueren cuando las bacterias ayudan a convertir la materia que forma estos organismos de nuevo en CO2. Las bacterias y los hongos secretan enzimas que rompen parcialmente la materia muerta. La digestión final de esta materia tiene lugar en las células bacterianas y fúngicas a través de procesos de fermentación y respiración. El CO2 liberado en estos procesos regresa a la atmósfera para reanudar el ciclo (11-14).

2.1.7- Biorremediación

La biorremediación hace referencia al empleo de microorganismos, en especial bacterias, para devolver los elementos presentes en los tóxicos químicos a sus ciclos naturales en la naturaleza. Este proceso es un método económico y eficaz de limpieza del medio ambiente, uno de los principales retos a los que se enfrenta la sociedad hoy en día (8, 10, 13-16).

La biorremediación se ha utilizado en la limpieza de vertidos de petróleo, pesticidas y otros materiales tóxicos. Por ejemplo, los accidentes en los que están implicados tanques de petróleo gigantescos originan importantes vertidos que contaminan las costas y dañan la fauna. Las bacterias y otros microorganismos pueden convertir los materiales tóxicos del crudo de petróleo en productos menos dañinos como CO2. La adición de fertilizantes que contienen nitrógeno, fósforo y oxígeno a las áreas contaminadas estimula la multiplicación de las bacterias ya presentes en el medio y acelera el proceso de limpieza (10, 12-16).

El Ministerio de Medio Ambiente en España aportó 2, 6 millones de euros para la recuperación medioambiental del río Magro, uno de los cauces que junto al Albaida estuvieron catalogados hasta hace muy poco como uno de los más contaminados del país. En los ensayos realizados, se han tratado 7.442 metros cúbicos de sedimentos que han permitido la eliminación casi natural de 4.761 metros cúbicos de residuos, gracias a la aplicación de 371 kilogramos de un producto compuesto por bacterias y enzimas específicas. Según fuentes de la Confederación Hidrográfica del Júcar, este tratamiento carece de toxicidad para los ecosistemas acuáticos, y solo genera sales, agua y algunos gases (17).

Las bacterias son muy importantes en el tratamiento de las aguas residuales. El tratamiento habitual comprende múltiples procesos. Por lo general, comienza mediante un proceso de sedimentación en el que los materiales más pesados se depositan en el fondo. A continuación se borbotea aire en esas aguas residuales. Este proceso recibe el nombre de fase aeróbica y favorece que las bacterias que utilizan oxígeno fragmenten la materia orgánica en ácidos y CO2. En esta fase se eliminan también la mayoría de los microorganismos patógenos. Los sedimentos de las aguas residuales son tratados en una fase posterior con bacterias anaerobias (10-13).

Estas bacterias fragmentan los sedimentos, produciendo metano que puede ser utilizado como combustible para el funcionamiento de las instalaciones de las plantas de tratamiento. Actualmente, la fase anaeróbica precede algunas veces a la fase aeróbica (10-13).

Las bacterias también son eficaces, como ya se ha visto, en la limpieza de contaminantes mediante biorremediación. En este proceso las bacterias y otros microorganismos convierten sustancias tóxicas o indeseables, como pesticidas o vertidos de petróleo, en productos menos dañinos o incluso útiles (8, 10-12).

2.1.8- Las bacterias contra las minas terrestres

Cada día alrededor de 800 personas resultan gravemente heridas o muertas por la activación de alguna mina terrestre antipersonal. Desde que la fallecida princesa Diana se interesó por el tema, éste se ha hecho más popular, pero su dramatismo persiste, pese a ser un mal masivo engendrado desde mediados del pasado siglo. Fruto de tal práctica, existen por todo el mundo unos cien millones tales artefactos abandonadas bajo tierra en países como Afganistán, Angola, Camboya, Iraq o Bosnia, por solo citar algunos ejemplos. Quedan unos dos millones de minas en las zonas arrasadas por la guerra en el territorio de la ex-Yugoslavia. Estas diminutas armas son capaces de matar 10 veces más civiles inocentes, que soldados y las heridas que producen por lo general exigen la amputación de los miembros afectados. El gran problema actual está en que resulta mucho más costoso desactivarlas que ponerlas (18) ¿Qué hacer?

Por sorprendente que pueda parecer, una de las opciones más alentadoras implica el uso de bacterias, vertiente en la que se viene trabajando. Esta variante ha sido posible gracias a los avances de la Ingeniería Genética y a las sorprendentes cualidades de algunas bacterias. Para comprender la propuesta es necesario aclarar que existen bacterias bioluminiscentes; las mismas poseen una enzima (luciferasa) que, al actuar sobre su sustrato, las hace emitir fluorescencia con una longitud de onda característica. Se han aislado y clonado los genes que codifican estas enzimas. Además, se ha comprobado la existencia de bacterias que utilizan el TNT como fuente nutricional y energética para sus procesos metabólicos. A partir de ambas, se puede lograr una bacteria modificada que, en presencia de TNT, active sus genes responsables de bioluminiscencia y… ¡mina detectada! Los actuales métodos biotecnológicos han permitido hacerlo, utilizando una especie del género Pseudomonas; una "comedora de TNT" a la que incorporaron los genes para la bioluminiscencia. Resulta económico esparcir sus cultivos sobre los terrenos contaminados sospechosos. De esta forma podrían detectarse partículas de TNT aún en el rango de una en mil millones. En unas pocas horas se produciría suficiente fluorescencia para, con un detector de radiaciones UV, descubrir las minas terrestres. Las bacterias esparcidas sobre terrenos libres de TNT morirían en por las radiaciones solares y la ausencia de su nutriente fundamental (18).

Impacto de las bacterias en las industrias

2.2.1- Las bacterias en la industria alimentaria

El papel de las bacterias  en la industria alimentaria es muy diverso, según la óptica con la que se analice su impacto. Algunas resultan muy nocivas al afectar la calidad de los alimentos: los deterioran, afectando sus cualidades organolépticas. Existen múltiples especies bacterianas asociadas al deterioro de la carne, el vino, las verduras, la leche y otros productos de consumo diario. Otras, aparentemente no alteran las cualidades de los alimentos pero se multiplican en estos, o excretan sus toxinas y resultan responsables de las denominadas enfermedades transmitidas por alimentos (ETA) (14, 16-22).

Por otra parte, las bacterias potencian las propiedades nutritivas y el sabor de los alimentos y resultan de gran importancia en muchas industrias. La capacidad fermentadora de ciertas especies es aprovechada en la producción de queso, yogur, adobos y salazones. También resultan importantes en el curtido de cueros, la producción de tabaco, la conservación del grano, los tejidos, los fármacos, y en la elaboración de varios tipos de enzimas, polisacáridos y detergentes (8, 14).

La industria láctea proporciona excelentes ejemplos de las ventajas y desventajas de las bacterias. Antes de la introducción de la pasteurización a finales del siglo XIX, los productos lácteos eran los principales portadores de bacterias causantes de enfermedades como la tuberculosis y la fiebre reumática. Desde entonces, la regulación de esta industria ha reducido mucho el riesgo de infecciones derivadas de los productos lácteos. En relación a los beneficios que aportan las bacterias, hay que destacar el empleo de estos microorganismos en la fermentación láctica para la fabricación de numerosos productos lácteos como el yogur, la mantequilla o el queso. Las bacterias producen ácido láctico, el cual agria la leche, dificulta el crecimiento de bacterias productoras de enfermedades y proporciona un sabor deseable al yogur. El queso se obtiene también mediante fermentación. En primer lugar, las bacterias fermentan el azúcar de la leche a ácido láctico y a continuación, los fabricantes de queso introducen diferentes microorganismos para obtener los sabores deseados. El proceso es complicado y completarlo puede llevar meses e incluso años, pero aporta a los quesos su sabor característico (14).

La variedad de alimentos fermentados que consumimos varía desde conservas, aceitunas y chucrut hasta salchichas y otras carnes y pescados curados, chocolate, salsa de soja y otros productos. En la mayoría de estas fermentaciones las bacterias productoras de ácido láctico desempeñan una función destacada. Las levaduras son los principales microorganismos responsables de la fermentación alcohólica necesaria para la fabricación de cervezas y vinos, aunque las bacterias ácido lácticas también están implicadas especialmente en la fabricación del vino o la sidra. Las bacterias que producen ácido acético pueden convertir el vino, la sidra u otras bebidas alcohólicas en vinagre (14).

2.2.2- Otras aplicaciones en la industria

Las bacterias también participan en la elaboración de otros productos, como ciertos plásticos y enzimas utilizados en los detergentes, y en la producción de muchos antibióticos, como la estreptomicina y la tetraciclina. A partir de la década de 1980 las bacterias adquirieron importancia en la producción de muchas sustancias químicas, como el etanol. La obtención de productos químicos mediante bacterias y otros microorganismos es menos contaminante para el medio ambiente que la producción química convencional. El desarrollo de la ingeniería genética ha allanado el camino para un uso más frecuente de las bacterias en la fabricación industrial a gran escala y en procesos menos agresivos al medio ambiente (7, 8, 13, 14).

Bibliografía

• 1) El origen de la Tierra y la vida. Disponible en: http://www.140.198.160.119/bio /bio181/BIOBK/BioBookCELL1.html

• 2) Barreto, G., Rodríguez, H: Impacto del entorno en la virulencia bacteriana. Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos37/virulencia-bacteriana/ virulencia-bacteriana2.shtml.

3) Bacteria. From Wikipedia, the free encyclopedia. Disponible en: http://www.wiki pedia.org/wiki/bacterias.

4) La materia se auto organiza. Disponible en: http://www.muyinteresante.es/ canales/muy_act/ anterior/mayo99/articulo2.htm

5) Woese, C. Disponible en: http://eo.wikipedia.org/wiki/Carl_WOESE.

6) Barreto, G., Rodríguez, H: La cápsula, algo más que una estructura no esencial (Revisión). Rev. Prod. Anim. 20 (1): 69-80, 2007.

7) Barreto, G: Aspectos microbiológicos de las producciones cerveceras. Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos36/producciones-cerveceras/ producciones-cerveceras.shtml.

8) Barreto, G: Microbiología para Estudiantes de Ingeniería Química. Repositorio del ministerio de educación. Última modificación 22/04/2009 13:33 Disponible en: revistas.mes.edu.cu/eduniv/search?Subject%3Alist.

9) La atmósfera terrestre. Disponible en: http://www.educared.net/concurso2001/ 247/la_atmósfera_terrestre.htm

10) Bacterias para el medio ambiente. Microbios favorecedores de lluvia. Disponible en:

11) PELCZAR, MJ., REID, RD: Microbiología. Ediciones del Castillo, S.A. Edición en español. 1966.

12) Mayea, S., Carone, M., Novo, R., Boado, I., Silveira, E., Soria, M., Morales, Y., Valiño, A: Microbiología Agropecuaria. Tomo II. Editorial Félix Varela. La Habana, 2004.

12-13) "Bacterias" Microsoft® Encarta®2009[DVD]. Microsoft Corporation, 2008.

13-14) Los microorganismos. Solociencia. Disponible en: http://www.solociencia. com/ biologia/microbiologia-microorganismos-industria.htm

14-15) CERVANTES, C., GUTIERREZ-CORONA, F: Copper resistance mechanisms in bacteria and fungi. FEMS Microbiology Reviews. 14 (2): 121-137, 2006.

15-16) SCIENTIFIC COMMITTEE ON EMERGING AND NEWLY IDENTIFIED HEALTH RISKS (SCENIHR): Assessment of the Antibiotic Resistance Effects of Biocides. The SCENIHR adopted this opinion at the 28th plenary on 19 January 2009 after public consultation. Disponible en: http://ec.europa.eu/health/ph risk/ ris en.htm.

17) Medio Ambiente aprueba el uso de bacterias para descontaminar el Magro. Disponible en: http://www.levante-emv.com/comunitat-valenciana/2009/09/10/ medio-ambiente-aprueba-bacterias–descontaminar-magro/629346.html

18) Lozano, JA: Medio ambiente y vidas saludables. 4.3. Medio ambiente. Bacterias contra las minas terrestres. Disponible en: laverdad.es http://servicios. laverdad.es/cienciaysalud/4_3_5.html

16) WORLD HEALTH ORGANIZATION (WHO): Food safety and foodborne illness. 2004. Disponible en:http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs237/en/print.html World.

17) Rosas, MR. Contaminaciones alimentarias. Cuadros principales, tratamiento y prevención Á M B I T O F A R M A C É U T I C O. N u t r i c i ó n. 2007; 25 (6): 95-100.

18) GRUPO FUNCIONAL ETA-SVCSP-INS. 2008. INFORME DE LA VIGILANCIA DE LAS ENFERMEDADES TRANSMITIDAS POR ALIMENTOS, 2008. Disponible en: http://www.invima.gov.co/Invima/general/docs_general/INFORMEETA%20I TRIMESTRE2008.pdf.

19) Barreto, G., Sedrés, M., Rodríguez, H., Guevara, G: Comportamiento de los Brotes debidos a Enfermedades Trasmitidas por Alimentos (ETA) en la Provincia de Camagüey en el período 2000-2008.

/trabajos66/ enfermedades-transmision-alimentos/enfermedades-transmision-alimentos.shtml.

20) Sedrés, M., Rodríguez, H., Barreto, G., Guevara, G., Varona, R: Estudio de un brote hídrico en una comunidad de la provincia de Camagüey, Cuba. 2009. /trabajos 69/brote-hidrico-comunidad-camaguey-cuba/brote-hidrico-comunidad-camaguey-cuba.shtml.

21) Rodríguez, H., Barreto, G., Sedrés, M., Guevara, G: Comportamiento de las enfermedades transmitidas por alimentos (ETA) en la provincia de Camagüey según el tipo de muestra analizado. Rev. Prod. Anim. 20 (1): 81-88, 2009.

22) Barreto, G., Sedrés, M., Rodríguez, H., Guevara, G: Agentes bacterianos asociados a Brotes de Enfermedades Trasmitidas por Alimentos (ETA) en la Provincia de Camagüey durante el período 2000-2008. REDVET. Revista electrónica de Veterinaria 1695-7504 2010 Volumen 11 Número 02, Febrero/2010– http://www.veterinaria.org/revistas/redvet/n 020210.html

Autor:

Herlinda Rodríguez Torrens**

Yiunan Blanco Gómez*

Evelio Mestre Cruz*

Obi Guiste Hummon*

Guillermo Barreto Argilagos**

* Ingeniería Química. Universidad de Camagüey.

** Facultad de Ciencias Agropecuarias. Universidad de Camagüey.