UNIVERSIDAD DE PANAMA FACULTAD DE MEDICINA ESCUELA DE TECNOLOGIA MÉDICA TRABAJO DE MICROBIOLOGIA PREFESORA: GILMA CANDANEDO TEMA: MICROBIOLOGIA AMBIENTAL INTEGRANTES: SABRA MITRE 8-834-252 ARTHUR BRADLEY 3-719-560 SANTIAGO SANCHEZ 2-718-1283 SEGUNDO AÑO, PRIMER SEMESTRE AÑO 2006 INTRODUCCIÓN La microbiología ambiental es el estudio de microorganismos que viven en ambientes naturales o artificiales. Esta rama de la microbiología dio sus primeros orígenes cuando Anthony van Lewenhoek hizo sus primeras observaciones en 1677. Los microorganismos puedes existir como células individuales o como agrupaciones celulares. Las células independientes son capaces de llevar a cabo todas sus funciones vitales por ellas mismas, ya sea reproducción, crecimiento o de generación de energía. Además pueden alcanzar elevado número de poblaciones en medios de cultivos y son mas fáciles de manipular para estudios genéticos. Como ciencia biológica básica suministra herramientas más versátiles para determinar la naturaleza de los procesos característicos de la vida, Se ocupa de muchos problemas prácticos que son importantes en medicina, agricultura y la industria. Enfermedades importantes en humanos plantas y animales son causadas por microorganismos, desempeñan funciones importantes en la fertilidad de los suelos y en la producción animal, procesos industriales a gran escala se basan en microorganismos, este último condujo al desarrollo de la Biotecnología. RESEÑA HISTORICA El progreso y el desarrollo de la ciencia de la microbiología, tuvo que esperar la disponibilidad de herramientas, técnicas y procedimientos que pudieran facilitar al estudio de estas pequeñas formas de vida. Aunque se sospechaba la existencia de organismos minúsculos, su descubrimiento estuvo relacionado con la invención del microscopio. Los hermanos Jansen inventaron en 1590 el llamado microscopio compuesto, este constaba de un tubo con dos lentes convexas en cada extremo y ampliaba más que las lupas, que existían desde la Edad Media, aunque daba una imagen borrosa. En 1660 Robert Hooke publica su obra Micrografía, en la que hay reproducciones de sus observaciones hechas con microscopio compuesto, del tipo inventado por los hermanos Jansen. En 1664 Robert Hooke descubrió los mohos, pero la primera persona que vió microorganismos en detalle fue Antonie van Leewenhoek. En el siglo XIX se pudo disponer de microscopios mejorados ampliando su uso y distribución. Durante el siglo XVIII, se introducen mejoras mecánicas y ópticas y se utilizan lentes acromáticas. Aparecen los primeros portaobjetitos de tipo revolver. En este período los microscopios conjugan funcionalidad y diseño. A esta época pertenecen el "Microscopio variable" de George Adams y el "Microscopio compuesto". Louis Pasteur (1822-95) se ayuda del microscopio para demostrar que las infecciones son producidas por microorganismos. Impulsó el concepto de vacunación preventiva y estudió también los microorganismos positivos para la vida humana. En 1848 se describen las partes constitutivas del núcleo de la célula. En 1874 R. B. Tolles introdujo el uso de objetivos de inmersión que posibilitaron importantes descubrimientos. En 1882 Koch descubre el bacilo de la tuberculosis y en 1884, el vibrión del cólera. En 1884 Nicolaier descubre el bacilo del tétanos y Schaudinn la treponema de la sífilis. Durante las dos últimas décadas del siglo e inicios del siguiente Santiago Ramón y Cajal realiza importantes descubrimientos sobre las neuronas. En 1906 en compañía de Camilo Golgi reciben el Premio Nobel por trabajos científicos fundamentados en observaciones microscópicas realizadas mediante el teñido de muestras. SIGLO XX Se introducen técnicas especiales: contraste de fase ultramicroscopio y, utilizando óptica especial, se usan microscopios de luz ultravioleta en los que la menor longitud de onda mejora el poder resolutivo. MICROBIOLOGIA DEL AMBIENTE La microbiología ambiental es el estudio de los microorganismos que existen en ambientes naturales o artificiales, su función y diversidad en sus entornos naturales, y por ende incluye en parte a la microbiología del suelo, a la del aire y a la microbiología de las aguas. Dentro de las ramas de la microbiología ambiental, también podemos incluir a la ecología microbiana, la geomicrobiología, la diversidad microbiana y la biorremediación. El papel de los microorganismos en el ambiente es doble: primero suministran los compuestos inorgánicos con una valencia adecuada para que las plantas superiores puedan utilizarlos (ciclos del nitrógeno y del azufre) y segundo contribuyen a la continua descomposición y mineralización de la materia orgánica en putrefacción. La actividad de los microorganismos descomponedores es fundamental para permitir el reciclaje de materia orgánica fijada en las plantas superiores: los herbívoros consumen una parte muy limitada de esta materia orgánica porque la relación C:N de esta materia orgánica (alrededor de 200:1) es mucho mayor que la conveniente para los animales (en torno a 20:1). Otra ventaja adicional de los microorganismos es que ellos mismos se incorporan a los detritus mejorando así la relación C:N (para los microorganismos oscila entre 6:1 y 12:1). Por otra parte, los microorganismos son indispensables para la descomposición de materia orgánica en ausencia de aire y para la fijación de CO2 en condiciones de metanogénesis, lo que determina cambios globales importantes en los niveles de oxidación del material orgánico en ambientes anóxicos. Suelo El suelo está compuesto principalmente por minerales (primarios o secundarios) derivados de la roca madre, que suponen en torno al 50% del volumen; luego de materia orgánica que representa en torno al 30% del volumen, aunque dependiendo del tipo de suelo puede variar; también por aire y agua, que ocupa la mayor parte del volumen restante, y por ultimo microorganismos, que pueden representar el 1% del volumen total. La contribución de los microorganismos a las características físicas del suelo final es importante: los microorganismos ayudan al proceso de fragmentación y transformación química de los suelos y se establecen con rapidez en las superficies recientemente erosionadas con lo que contribuyen al desgaste de la roca. Por otra parte, los microorganismos pueden liberar compuestos químicos al suelo (ácidos orgánicos, agentes quelantes, fenoles, etc.) que contribuyen a incrementar la erosión. Los procesos naturales de formación de suelo producen horizontes en que se diferencian los estratos. La materia orgánica del suelo sufre procesos de oxidación que llevarán a la producción de CO2 y H2O. Sin embargo, una parte de la materia orgánica escapa a este proceso de oxidación y se transforma en grandes macromoléculas que no son solubles y constituyen la fracción denominada húmica (o humus). En los suelos que no son totalmente maduros pueden extraerse fracciones solubles por tratamientos suaves; estas fracciones representan probablemente pasos intermedios en el proceso de humificación. En ciertos suelos puede detectarse una actividad enzimática no despreciable, a pesar de que el contenido proteico del suelo es muy bajo. Esto es más frecuente en ciertos suelos de alto componente arcilloso y probablemente se debe a que la arcilla, debido a su carga eléctrica neta, actúa como un intercambiador iónico reteniendo enzimas procedentes de la descomposición de tejidos y células. Estas actividades enzimáticas son más frecuentes en suelos ricos desde el punto de vista agrícola en los que la composición de arcillas es también favorable. La fracción orgánica estable de los suelos contiene prácticamente el 90% del fosfato de los mismos, este fosfato no es directamente asimilable por las plantas y quizá se encuentra fuertemente unido a los componentes arcillosos del suelo. La mayor parte de los polisacáridos del suelo se encuentra en una forma no fácilmente extraíble y probablemente se encuentre asociada a macromoléculas en fase de humificación. Del resto extraíble tiene especial importancia la fracción correspondiente a los exopolisacáridos bacterianos porque su alta resistencia a la degradación les hace especialmente interesantes a la hora de formar los microhábitats porosos en los que viven los microorganismos edáficos. Humus: es el producto orgánico insoluble en agua que la parte más estable del suelo. Se compone de tres fracciones separables por su solubilidad en ácidos y bases (ácido fúlvico), en ácidos pero no en álcalis (ácido húmico) o insolubilidad en ambos (humina). Probablemente estos productos representan tres grados de polimerización diferentes de la misma molécula que, por otra parte, presenta características químicas que recuerdan a la de la lignina. El origen del humus es, probablemente, mixto: (1º) ciertos microorganismos producen substancias pardas similares a los ácidos húmicos (Azotobacter spp., Streptomyces spp.), (2º) ciertos hongos pueden producir polímeros fenólicos y (3º) la presencia de arcilla puede ayudar en el proceso de polimerización de los compuestos anteriores. El humus es extraordinariamente estable y el periodo de degradación de los compuestos húmicos (que varían entre los distintos tipos de suelos) oscila entre los 5 y los 2000 años. Análisis microbiológico del suelo: los microorganismos edáficos se distribuyen en el suelo de manera no homogénea ocupando microhábitats producidos en los poros de las partículas del suelo. Por consiguiente, los resultados de los estudios de microbiología del suelo representan los promedios de los efectos de los microorganismos que ocupan los diferentes microhábitats. Los microorganismos del suelo pueden estudiarse utilizando una batería de procedimientos de microbiología clásica que comprenden procesos de enriquecimiento para facilitar la detección de microorganismos poco frecuentes, sistemas de enumeración directa realizando preparaciones microscópicas de cantidades conocidas de suelo que se tiñen con colorantes o agentes fluorescentes específicos, técnicas de siembra en masa, determinación del número más probable, determinación de coliformes y cualquier otro método clásico. Por otra parte, resulta útil la determinación de la biomasa total del suelo por métodos como recuento total y corrección por el volumen celular, pruebas de ATP del suelo (sensible hasta el nivel de 10-14 g de ATP), método de la fumigación de cloroformo (basado en una eficiencia del 40% para la transformación de materia orgánica en CO2, y determinación de substancias de grupos específicos. Es también relevante el estudio de la distribución de los microorganismos en el suelo tomando muestras a diferentes niveles. Hasta ahora no se han empleado todas las técnicas de manera coordinada de forma que no se tienen muchos resultados completamente coherentes sobre los procesos microbiológicos del suelo. En cualquier caso, los estudios preliminares realizados permiten realizar predicciones simples sobre las dinámicas de las poblaciones microbianas del suelo y sobre su influencia en los procesos de descomposición de material orgánico. Agua La microbiología del agua abarca el estudio de los microorganismos que viven en ella o son transportados y todas las transformaciones que pueden producir. El agua recibe su flora bacteriana del aire, del suelo, de desechos orgánicos de plantas y animales muertos, etc., lo que significa que pueden encontrarse microbios de casi todas las clases y no existe una microflora específica del agua, pues ésta varía debido a factores de orden físico y químico existentes en ella. A partir del año 1790 se la relaciona como transmisora de enfermedades y se la asocia con el cólera, fiebre tifoidea, hepatitis, etc., esto es considerándola como vehículo, se debe también tener en cuenta al agua como hábitat de los microorganismos y como un medio de cultivo en el que sobreviven y se reproducen en forma más o menos permanente. Se calcula como aprovechable sólo un 20% del agua natural de la superficie, el déficit es cubierto por un rehúso por segunda y tercera vez, lo que trae aparejado un peligro potencial para la salud humana por la falta de calidad bacteriológica del agua natural. Las aguas naturales se clasifican en: a) Meteóricas: como el agua de lluvia: no son aguas puras desde el punto de vista bacteriológico, ya que al caer, arrastran en su recorrido las distintas partículas de polvo en suspensión de la atmósfera y por lo tanto la cantidad de bacterias que contengan estará en relación con la cantidad de polvo que se encuentra suspendido en el aire. El arrastre se produce por el efecto de las corrientes de aire que elevan las partículas de polvo hasta distintas alturas de la atmósfera, siendo posteriormente depositadas por la lluvia. Nieve: tiene mayor cantidad de microorganismos, debido a que los copos arrastran mayor cantidad de polvo al caer, pero dependerá de dónde se produce la nevada, ya que no es lo mismo la atmósfera de una ciudad que la de la montaña (hay menos polvo en suspensión en esta última). Granizo: es aún más rico en microorganismos que la lluvia y la nieve. Esto está ligado directamente a su mecanismo de formación, ya que se forma por condensación del vapor de agua y licuación alternada alrededor de partículas de polvo atmosférico, quedando incorporadas al mismo. Hielo: el contenido microbiano es más o menos igual al del agua que lo ha formado, dependiendo de la población que ella contiene, pero aquí las bacterias se conservan por efecto de la temperatura. b) Superficiales: cuando la lluvia o la nieve caen al suelo, constituyen las aguas superficiales. En ellas la intensidad de la contaminación depende del número de microorganismos, como de las clases y cantidades de sustancias nutritivas que el agua disuelve en su arrastre. En el caso de los ríos el contenido bacteriano depende de si atraviesa o no un centro poblado y ésto está en relación con los desechos de la actividad humana y a medida que se alejan de la ciudad, se observa menor contaminación. La velocidad de la corriente de los ríos influye en la sobrevivencia o desaparición de ciertos gérmenes. Puede tener algún efecto, sobre todo en aguas polucionadas con algo de materia orgánica y una flora bacteriana, ya que al agitarse el agua, por la velocidad, hace que se incorpore una mayor cantidad de oxígeno, necesaria para el crecimiento de los aerobios. Otro factor que tiene importancia es la temperatura y la presencia de materia orgánica. Otro es el pH del agua, ya que éste depende del sustrato que atraviesa el río; así tenemos pH ácidos en los ríos que atraviesan suelos húmicos; pH alcalinos por efecto de los sulfatos o bicarbonatos de los suelos, siendo ésto muy importante por la diversidad de microorganismos adaptados a distintas condiciones. Otro aspecto a tener en cuenta es el efecto dilución que sufren estas aguas, lo que hace que el número de microorganismos disminuya notablemente. En el caso de los lagos, la cantidad de microorganismos es menor, debido al efecto de autodepuración natural que sufren todas las aguas estancadas. En las costas de los lagos y lagunas, el índice de contaminación es mayor al que se encuentra en el centro de los mismos, debido a que se manifiestan procesos como la sedimentación, que es la deposición de microorganismos que están alojados en pequeñas partículas de restos vegetales o animales, y éstos tienden a sedimentar; es evidente que cuanto más quieta está el agua, esta sedimentación se realiza con mayor facilidad. Otro proceso es la igualación, en la que por movimientos verticales y horizontales, los microorganismos que se encuentran en las costas, llegan al centro y allí sedimentan, por lo que se ve que siempre existe un proceso que tiende a uniformar el ambiente acuático natural. Otro proceso es la devitalización, es debido a que a mayor permanencia de un microorganismo no autóctono en el agua, su tiempo de sobrevivencia irá disminuyendo progresivamente. La estratificación también muestra diferencias en el tipo y número de gérmenes en el agua. Sabemos que hay microorganismos que viven a una determinada concentración de O2 y de CO2 disueltos en el agua, pero la concentración de O2 no es la misma en superficie que en profundidad, estando también relacionada con la Temperatura, ya que la solubilidad de los gases disminuye con el aumento de la misma y ésta es distinta en superficie que en profundidad. Otro factor relacionado es la presencia, en profundidad, de H2S proveniente de la materia orgánica en descomposición; por lo tanto, en profundidad encontramos bacterias sulfurosas. Todo ésto hace que se produzca una estratificación de microorganismos, con valores de profundidad muy marcados, por ejemplo: los que se dan a 10-15 m. no se los encuentra a 5 m., etc. La luz también tiene importancia, sobre todo en las bacterias fotosintéticas, que se encuentran en la superficie de las aguas. Además, la luz U.V. no penetra en el interior de las aguas, por lo que no afecta, pero si lo hace en superficie. En los manantiales el agua sufre una purificación natural (filtración), ya que al aflorar a la superficie, luego de haber atravesado el suelo lo hace prácticamente pura, ya que se produce una verdadera filtración bacteriológica. c) Aguas subterráneas: son las más puras, debido al proceso de filtración natural que sufren al atravesar las distintas capas del suelo. Desde el punto de vista agronómico nos interesan las aguas dulces (ríos) y su contenido microbiano. Así las podemos dividir: 1) Aguas que no contienen sales ni materia orgánica, por lo que no son medios de cultivo, sino simplemente vehículos de microorganismos. Ej.: ríos de montaña, lagos centrales, etc. 2) Aguas que tienen sales y materias orgánica por lo consiguiente son medios de cultivos para los microorganismos, existiendo una relación directa entre cantidad de materia orgánica y cantidad de microorganismos. Aire La superficie de la Tierra (suelo y agua) es la fuente de los microorganismos en la atmósfera. El viento forma polvo del suelo y estas partículas de polvo transportan los microorganismos del suelo al aire. Además, las gotas de agua que se originan en la superficie de los océanos y otros cuerpos de H2O naturales como consecuencia de la salida de burbujas de aire, pueden contener microorganismos que penetran en la atmósfera. Las esporas de hongos constituyen la mayor proporción de microorganismos en el aire. BIORREMEDIACIÓN La biorremediación es el proceso en el que se emplean organismos biológicos componentes celulares y enzimas libres, con el fin de realizar una mineralización (compuesto blanco Þ CO2 + H2O), una transformación parcial, la humificación de los residuos o de agentes contaminantes y una alteración del estado redox de metales para resolver problemas específicos, como la contaminación. La biorremediación se puede emplear para atacar algunos contaminantes específicos, como los pesticidas clorados que son degradados por bacterias, o bien, de forma más general como en el caso de los derrames de petróleo, que se tratan empleando varias técnicas, incluyendo la adición de fertilizantes para facilitar la descomposición del crudo por las bacterias. Al contrario de la biodegradación que se produce naturalmente, la biorremediación es un proceso iniciado por el hombre generalmente con el propósito de subsanar el medio ambiente. Históricamente el compostaje fue una primitiva forma de biorremediación en donde los residuos (por ejemplo derivados de la recolección domiciliaria como restos orgánicos, inorgánicos, residuos industriales, etc.) eran puestos en contenedores permitiendo que puedan ser biodegradados por microorganismos No es posible tratar todos los contaminantes mediante el uso de la biorremediación; por ejemplo, los metales pesados como el cadmio o el plomo no son absorbidos o captados fácilmente por los organismos. Además, la introducción de metales como el mercurio en la cadena alimenticia puede empeorar las cosas, pues los organismos bioacumulan estos metales. Sin embargo, hay una serie de ventajas en la biorremediación, la cual se puede emplear en áreas a las que no se puede acceder fácilmente si no es mediante excavación. Por ejemplo, los derrames de gasolina pueden contaminar el agua subterránea. Introduciendo los organismos precisos, en conjunción con compuestos formadores de oxígeno, se puede reducir significativamente la concentración en gasolina después de un determinado periodo de tiempo. Esto es mucho menos caro que la excavación seguida del enterramiento en otra parte o incineración, y reduce o elimina la necesidad de bombeo y tratamiento, que es la práctica más normal en sitios en los que el agua subterránea está contaminada por gasolina. Los Hidrocarburosclásticos Los llamados organismos hidrocarburoclásticos son bacterias y hongos capaces de degradar petróleo fisiológica y metabólicamente. Más de 100 especies de 30 géneros microbianos son capaces de usar hidrocarburos, como método de subsistencia. Los géneros de organismos hidrocarbonoclásticos son: Pseudomonas, Nocardia, Vibrio, Candida, Brevibacterium, Corynebacteium, Flavobacterium, Acinetobacter, Micrococcus, Arthrobacter, Achromobacter, Rhodococcus, Alcaligenes, Mycobacterium, Bacillus, Aspergillus, Mucor, Fusarium, Penicillium, Rhodotorula y Sporobolomyces. La fracción del total de organismos que metabolizan hidrocarburos es altamente variable, por ejemplo: Del 6 al 82% para hongos terrestres; de un 0,13% a 50% para bacterias de la tierra, y del 0,003% a 100% para bacterias marinas, dado que éstas se pueden desplazar en el agua sin ningún tipo de barreras.. En ecosistemas no contaminados, los microorganismos degradadores de hidrocarburos constituyen menos del 0,1% de la comunidad microbiana; mientras que en ecosistemas contaminados con hidrocarburos pueden constituir el 100% de la comunidad microbiana. Las poblaciones dominantes en estas comunidades poseen características nutricionales relacionadas al contaminante y pueden ser también resistentes a muchas formas de estrés ambiental. Cuando la fuente de carbono es un substrato insoluble como un hidrocarburo, los microorganismos facilitan su difusión hacia la célula produciendo substancias como carbohidratos, ácidos grasos, enzimas y biosurfactantes. Los microorganismos utilizan estos compuestos a manera de un biofilm alrededor de la molécula del hidrocarburo, para posteriormente ingerirlo o romperlo en compuestos simples de carbono y oxígeno. Estos microorganismos usan la energía liberada para manejar los procesos termodinámicamente no espontáneos como la síntesis de componentes celulares. Capacidad de Biodegradación La biodegradabilidad es la característica que poseen algunas sustancias químicas de poder ser utilizadas como sustrato por microorganismos, los cuales las emplean para producir energía (por respiración celular) y crear otras sustancias como aminoácidos, nuevos tejidos y nuevos organismos entre otras cosas. La biodegradación es importante poque puede emplearse en la eliminación de ciertos contaminantes como los desechos orgánicos urbanos, papel, hidrocarburos, etc. Sin embargo, estos tratamientos pueden no ser efectivos en ocasiones en que nos encontremos con un vertido que presente materia biodegradable si el mismo posee otras sustancias (como metales pesados) o si el medio tiene un pH extremo. En estos casos se hace necesario un tratamiento previo que deje el vertido en unas condiciones en la que las bacterias puedan realizar su función a una velocidad aceptable Las sustancias se clasifican según su biodegradabilidad en: Alta Fracción de los alcanos, incluye alcanos normales, alcanos ramificados (isoalcanos) y cicloalcanos (naptenos). Intermedia Compuestos aromáticos e hidrocarburos policíclicos aromáticos. Dentro de los cuales están los monoaromáticos volátiles como el benceno, tolueno, xileno, etc., los naptenoaromáticos y compuestos aromáticos sulfurados como los tiopenos y benzotiopenos. Estos compuestos son los de mayor importancia debido a su toxicidad y tendencia a la bioacumulación. Baja Fracción polar que son las resinas (piridinas, quinolinas, carbazoles, sulfóxidos y amidas) y asfaltenos (fenoles, ácidos grasos, cetonas, ésteres y porfirinas) Algunos factores del medio que influyen en la biorremediación son: - pH - Humedad - Agentes de separación - Población bacteriana - Oxigenación Infiltración/penetración de biomoléculas El proceso de infiltración In situ (Technology Evaluation ReportEPA) consiste en: Realizar excavaciones para determinar la presencia y saturación de hidrocarburos. Determinar las vías naturales de elución del contaminante. Construcción de trampas de grasas y aceites con tres cámaras y desarenadores. Construcción de cámaras para albergar la solución de ramnolípidos, soforolípidos, fosofolípidos y lipoalcoholes. Esta mezcla de biosurfactantes catiónicos, aniónicos y moléculas anfipáticas tienen la función de: - Bajar la tensión interfacial y disminuir las fuerzas capilares. - Crear una microemulsión del tipo Winsor III que sea estable. - Solubilizar las moléculas individuales para que formen miscelas o una simple fasede microemulsiones. Biorremediación de compuestos xenobióticos Se denomina compuesto xenobióticos (xeno, vocablo que significa extraño) a aquellos compuestos sintetizados artificialmente por síntesis química con fines industriales o agrícolas. Aunque estos compuestos pueden ser semejante a los compuestos naturales muchos son desconocidos en la naturaleza. Así, los organismos capaces de metabolizarlos no podrían existir en la naturaleza!. Existen dos formas por la que la cual la microflora puede degradar el plaguicida. La sustancia favorece el crecimiento microbiano y es empleada como fuente de carbono, energía y raras veces como fuente de nitrógeno, azufre, etc. El número de microorganismos aumenta y el aislamiento se realiza utilizando el plaguicida como única fuente de nutrientes. Luego de que el compuesto fue degradado las poblaciones decrecen. Por cometabolismo, el compuesto no actúa directamente como fuente de nutrientes sino que se debe emplear otras como la glucosa, que al disminuir en el medio inducen las enzimas necesarias para la degradación del plaguicida. Las reacciones catabólicas ocurren principalmente cuando las dosis de pesticidas son altas y la estructura química permite su degradación. (Alexander, 1977) indica una serie de reacciones que pueden ser realizadas por microorganismos heterótrofos sobre los plaguicidas: Detoxificación- Conversión de una molécula tóxica en otra no tóxica (Arthrobacter spp). Degradación: Transformación de una sustancia compleja en productos más simples ej. la mineralización que da como resultado la aparición de CO2, H2O, NH3, etc. (Pseudomonas spp) Conjugación: Formación de compuestos por reacciones de adición, en donde el microorganismo combina el plaguicida con metabolitos celulares (adición de aminoácidos, ácidos orgánicos, etc.). El estudio de la biodegradación de los plaguicidas no es sencillo en el suelo, ya que las concentraciones son muy bajas. Se deben emplear cromatografias de fase gaseosa o líquida, espectrofotometría ultravioleta, para poder detectar trazas de pesticidas o sus intermediarios de la degradación. Biorremediación de metales pesados Otra importante área de contaminación es la que originan los metales pesados, en este caso el mecanismo bioquímico microbiano no es la degradación del átomo contaminante, sino que se produce un cambio en el estado de oxidación del metal para su detoxificación. Este cambio en el estado de oxidación permite seguir varias estrategias de biorremediación: a) El metal se vuelve menos soluble y precipita lo que hace que sea menos utilizado por los organismos del ambiente. b) Hace que se vuelva por el contrario más soluble por lo que puede ser removido por permeabilidad. c) Permite que pueda haber una volatilización del átomo. d) Hacerlo en si menos tóxico para los organismos del medio. Ciclo biogeoquímico del Mercurio Aunque el mercurio es un elemento poco abundante en el ambiente natural, es un producto industrial de amplia utilización y es uno de los componentes activos de los plaguicidas introducidos en el agro y por ende en el medio ambiente. La minería de las minas de mercurio y la combustión de combustibles fósiles libera aprox. 40000 toneladas de mercurio al año. El mercurio está presente en tres estados de oxidación Hg0, Hg+ y Hg2+. El principal mineral de mercurio es el sulfato HgS, llamado cinabrio. La solubilidad de este es demasiada baja por lo que en ambientes anaerobios el mercurio esta en esta forma; pero debido a la aereación sufre una oxidación gracias a los tiobacilos, dando el ion mercurio, Hg2+. Este Hg2+ es muy tóxico pero los microorganismos convierten el Hg2+ en mercurio elemental Hg0 detoxificandolo. Una reductasa NADP (codificada por plásmidos) asociada al Hg2+ cataliza la siguiente reacción. Hg2+ + NADP + H+ Hg0 + 2H+ + NADP+ Se ha identificado una proteína periplásmica en Pseudomonas spp que atrapa el Hg2+. Ese ion es atrapado en una región de la proteína formada por dos residuos de cisteína formando R-S-Hg-S-R, posteriormente es transportado a través de la membrana plasmática donde es reducido a Hg0. Esto evita que el Hg2+ se incorpore a otros residuos de cisteina de otras proteínas lo que podría desnaturalizarlas provocando la muerte del microorganismo, razón por la cual se usa el mercurio de como antiséptico y desinfectante de heridas. Otras bacterias convierten el Hg2+ en metilmercurio y dimetilmercurio de alta tóxicidad, en esta metilación interviene la vitamina B12 como coenzima de la siguiente forma. Hg0 +CH3-B12 Þ CH3-Hg0 Metilmercurio CH3-Hg+ +CH3 Þ CH3-Hg-CH3 dimetilmercurio El metilmercurio y dimetilmercurio son lipofílicos y se acumulan en los lípidos celulares. Tratamiento De Efluentes Las aguas residuales son materiales derivados de la actividad industrial y de los residuos domésticos, los cuales por razones de salud pública no pueden ser vertidas a los cursos de aguas corrientes o lagos. A pesar de las recomendaciones y ordenanzas en los últimos años los ambientes naturales han recibido un creciente aporte de efluentes industriales y domésticos que han llevado al deterioro de muchos cursos de agua haciéndolos incompatibles con la vida. Aquellos materiales tóxicos o indeseables deben ser tratados para hacerlos inocuos, los materiales inorgánicos como sedimentos u otros residuos pueden ser tratados por procesos fisico-químicos, pero los residuos con una carga orgánica importante deben sufrir un tratamiento microbiológico para su oxidación. El tratamiento de desechos generalmente involucra etapas múltiples de tratamiento físico y biológico. Tratamiento primario: Consiste en separaciones físicas, en la que el agua se hace pasar por una serie de mayas para eliminar residuos mayores y luego el efluente se deja asentar para permitir que los sólidos suspendidos sedimenten. Tratamiento secundario: Estos son procesos que reducen la demanda bioquímica de oxigeno (DBO) de los desechos originales antes de verterlos a los cursos de aguas, consta de los siguientes procesos. Proceso anaeróbico: Este proceso comprende procesos de digestión y fermentación básicamente realizada por bacterias. El resultado final es la producción de CO2 y CH4 con lo que se logra una disminución del contenido de sustancia orgánica. La descomposición anaeróbica se suele usar para el tratamiento de materiales con mucha sustancia orgánica insoluble como celulosa, fibra, etc. El proceso puede ser resumido de la siguiente forma, (ver figura 1). 1) Digestión inicial de las macromoléculas por proteasas, polisacaridasas y lipasas extracelulares hasta sustancias solubles. 2) Fermentación de los materiales solubles hasta ácidos grasos. 3) Fermentación de los mismos a acetato, CO2 y H2. 4) Formación de CH4 a partir de H2, CO2 y acetato. La formación de metano es llevada a cabo un grupo de microorganismos anaeróbicos obligados muy especializados, las bacterias metanogénicas, AÑEXOS Charles Robert Darwin, 1809 – 1882 Lois Pasteur, 1822- 1895 Derrame de petróleo,. Tratamiento de Biorremediación Tratamiento durante la Biorremediación Aguas tratadas después de la Biorremediación BIBLIOGRAFÍA http://coli.usal.es/web/educativo/micro2/tema31.html http://www.biorremediacion.org/contenido/biorremediacion/ind ex.html http://www.biorremediacion.org/contenido/procesos/index.html Acea, M. L., and Alexander, M. 1988. "Growth and survival of bacteria introduced into carbon amended soil". Soil Biol. Biochem. 20:703-709. Brock, T. D., Madigan, M. T.1991. Microbiologia. Sexta edición. Prentice Hall Inc. CONCLUSIÓN Hemos podido observar el importante papel que juegan los microorganismos, no sólo como flora normal de muchos lugares (desde el suelo, aire o aguas hasta en nuestros cuerpos) sino también lo indispensables que son para combatir desastres ecológicos como lo son: el derrame de hidrocarburos, la contaminación por metales pesados o hasta por insecticidas. Lo cierto es que se puede decir que los microorganismos están presentes en todos lados, incluso en donde menos imaginamos, y que el tipo de microorganismo que encontremos en un determinado ambiente depende de factores como: el pH, temperatura, sustrato y la cantidad de luz que posea el medio. Basado en esto el hombre ha sido capaz de crear ambientes “estériles”, tratando de reducir al mínimo el número de microorganismos presentes en los lugares donde se van a realizar actividades que requieran altos niveles de asepsia (operaciones, cirugías, cultivos, etc.) Es importante, por esto conocer los microorganismos que encontraremos más frecuentemente en determinado ambiente y sus características metabólicas y fisiológicas, para aprender cómo podemos controlarlos o aprovecharlos, en el caso de la biorremediación.