APLICACIÓN DE BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL WIKI 7
- 1. LA FITORREMEDIACIÓN COMO HERRAMIENTALA FITORREMEDIACIÓN COMO HERRAMIENTA PARA MEJORAR LA CALIDAD DEL AGUAPARA MEJORAR LA CALIDAD DEL AGUA CONTAMINADA POR CARBÓN MINERAL EN LASCONTAMINADA POR CARBÓN MINERAL EN LAS PLAYAS DE SANTA MARTA, COLOMBIA.PLAYAS DE SANTA MARTA, COLOMBIA. CRISTIAN PADILLA GARCÍACRISTIAN PADILLA GARCÍA RODOLFO SANCHEZ RUIZRODOLFO SANCHEZ RUIZ CARLOS ABEL MARTINEZ UPEGUICARLOS ABEL MARTINEZ UPEGUI ELECTIVA I: BIOTECNOLOGÍA AMBIENTALELECTIVA I: BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL TRABAJO COLABORATIVO:TRABAJO COLABORATIVO: APLICACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL – MOMENTO INDIVIDUALAPLICACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL – MOMENTO INDIVIDUAL
- 2. LA FITORREMEDIACIÓN COMO ALTERNATIVA EFICIENTELA FITORREMEDIACIÓN COMO ALTERNATIVA EFICIENTE La fitorremediación es una alternativa emergente, que representa un menor costo-efectivo, posee ventajas estéticas, captura gases de efecto invernadero, no requiere de una fuente de energía diferente a la solar y tiene una gran aplicabilidad bajo diferentes rangos de concentración de contaminantes (Guendy, 2008). La fitorremediación se basa entonces, en el uso de plantas y su interacción con los microorganismos que se ubican en la rizósfera, con el fin de remover, transformar, secuestrar o degradar sustancias contaminantes contenidas en los suelos, sedimentos, aguas superficiales y subterráneas (Susarla et al., 2002); es por esto que en varios países se han estado construyendo humedales para el tratamiento de aguas contaminadas con compuestos orgánicos e inorgánicos de compleja degradación. La problemática de contaminación de aguas por residuos de hidrocarburos, aunque ha sido considerablemente estudiada a nivel europeo, requiere de evaluación en las condiciones del trópico, lo que demuestra la necesidad de investigar en el tratamiento de aguas contaminadas con hidrocarburos, empleando soluciones económicas, factibles y sencillas como la fitorremediación.
- 3. Esta tecnología se hace más efectiva a través de la manipulación genética, lo que mejora la capacidad de remediación de las plantas (Cherian y Oliveira; 2005). Se han diseñado especies vegetales con una mayor capacidad de degradación de contaminantes orgánicos o de acumulación de metales pesados. Algunas plantas genéticamente modificadas (GM) están adaptadas específicamente para la fitorremediación de Cd, Hg o bifenilos policlorados (PCB's) (Macek et al, 2007). CONTAMINACIÓN POR COMBUSTIBLES FÓSILESCONTAMINACIÓN POR COMBUSTIBLES FÓSILES Dentro de estos se encuentran los contaminantes organicos que abarcan hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH's), PCB's, dioxinas, hidrocarburos de petróleo, disolventes clorados, compuestos aromáticos que se emplean en la producción de colorantes, explosivos, productos farmacéuticos, plaguicidas (herbicidas, insecticidas y fungicidas), surfactantes, entre otros. En comparación con los compuestos inorgánicos, estos contaminantes son menos tóxicos para las plantas, ya que son menos reactivos y se acumulan en menor proporción (Cherian y Oliveira; 2005).
- 4. Los mecanismos involucrados en la remoción de contaminantes son de tres tipos: físicos (sedimentación, filtración, adsorción, volatilización), químicos (precipitación, hidrólisis, reacciones de óxido-reducción o fotoquímicas) y biológicos (resultado del metabolismo microbiano, del metabolismo de plantas o de procesos de bioabsorción). Algunos compuestos orgánicos son utilizados por los microorganismos como fuente de carbono. Los compuestos alifáticos se degradan fácilmente por oxidaciones sucesivas. Cuando se incluyen como sustituyentes aléanos de cadena larga, se forman estructuras ramificadas estancamente inaccesibles a la degradación. Los compuestos aromáticos o cíclicos se degradan a partir de la ruptura del anillo. La incorporación de halógenos disminuye la degradabilidad por estabilización del anillo aromático. Otro fenómeno importante es el relacionado con la atracción electrostática entre las cargas eléctricas de las raíces de las plantas con las cargas opuestas de partículas coloidales, las cuales se adhieren a la superficie de la raíz donde son absorbidas y transportadas a las partes aéreas donde se metabolizan o volatilizan. El tipo de planta y las propiedades físicas y químicas de estos compuestos son parámetros importantes que determinan el destino de los contaminantes (Eapen et al., 2007). Para la fitorremediación de contaminantes orgánicos se toma en cuenta los siguientes aspectos: 1) el metabolismo de los contaminantes al interior y al exterior de la planta (rizósfera), 2) los procesos que conducen a la completa degradación de los contaminantes (mineralización), y 3) la absorción de los contaminantes (Reichenauer y Germida, 2008).
- 5. Las plantas metabolizan los compuestos orgánicos a través de tres pasos secuenciales:Las plantas metabolizan los compuestos orgánicos a través de tres pasos secuenciales: Fase I. Involucra la conversión/activación (oxidación, reducción e hidrólisis) de los compuestos orgánicos lipofílicos (Komives y Gullner, 2005). Fase II.Fase II. Permite la conjugación de los metabolitos de la fase I a una molécula hidrofílica endógena como los azúcares, aminoácidos y glutationa (Diet y Schnoor, 2001). Fase III.Fase III. Promueve la compartimentalización de los compuestos orgánicos modificados en las vacuolas o formación de enlaces con los componentes de la pared celular como la lignina y la hemicelulosa. Las enzimas, en la planta, que catalizan la primera fase de las reacciones son las monoxigenasas P450 y las carboxilesterasas. De la segunda fase, en la que ocurre la conjugación por enzimas como la glutationa S-transferasa, resulta la formación de compuestos solubles y polares. La tercera fase del metabolismo de la planta es la compartimentalización y almacenamiento de los metabolitos solubles en las vacuolas o en la matriz de la pared celular. La glutationa S-conjugasa es la encargada de este proceso (Cheriany Oliveira, 2005).
- 6. TECNOLOGÍAS DE FITORREMEDIACIÓN Las Fito tecnologías se basan en los mecanismos fisiológicos básicos que tienen lugar en las plantas y en los microorganismos asociados a ellas, tales como: traspiración, fotosíntesis, metabolismo y nutrición (Tabla 1).
- 7. Según Thangavel y Subhuram (2004), dependiendo del tipo de contaminante, las condiciones del sitio y el nivel de limpieza requerido; las tecnologías de fitorremediación se pueden utilizar como medio de contención (rizofiltración, fitoestabilización y fitoinmovilización) o eliminación (fitodegradación, fitoextracción y fitovolatilización). CONTAMINACIÓN POR CARBÓN EN LAS PLAYAS DE SANTA MARTACONTAMINACIÓN POR CARBÓN EN LAS PLAYAS DE SANTA MARTA La industria de los combustibles fósiles mueve grandes cantidades de dinero alrededor del mundo; sin embargo, es necesario tener en cuenta lo que envuelve dicha industria. Durante estas operaciones, los materiales pueden contaminar el medio ambiente circundante a través de filtraciones accidentales o deliberadas y descarga regulada de residuos a cuerpos de agua, tierra, aire o ecosistemas. De esta manera, durante las últimas décadas los hidrocarburos han dado lugar a una amplia liberación de contaminantes en el medio ambiente; Oyarzun & Oyarzun (2011) afirman: “el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera se ha incrementado casi en un 30% desde el inicio de la revolución industrial”. Además estos pueden interferir en el desarrollo de forrajes, cultivos y flora natural al afectar la fertilidad del suelo
- 8. En la bahía de Santa Marta, tres empresas (Drummond, Puerto Nuevo y Sociedad Portuaria de Santa Marta) desarrollan actividades referentes a la exportación del carbón mineral procedente de los departamentos del Cesar y La Guajira. El carbón es transportado hasta los muelles a través del tren y tractomulas, luego se apila al aire libre (Figura 1), posteriormente es transportado por una banda hasta las barcazas de tránsito (Figura 2). Figura 1.Acopio del carbón a cielo abierto.
- 9. Figura 2. Transporte del carbón a las barcazas en el muelle a través de bandas transportadoras. Luego del depósito en las barcazas estas transportan el carbón hacia los buques que lo llevaran a su destino definitivo en Europa, Asia o Norte América, los cuales se encuentran mar adentro y con un sistema de grúas hidráulicas elevan y giran las barcazas para extraer el carbón. Este combustible fósil es sometido a sistema de transporte durante el cual desprende gran cantidad de material particulado grueso y fino (polvillo) al medio ambiente, contaminando a su vez suelo, aire y agua. Este último es precisamente unos de los recursos más afectados, donde los daños han sido muchos pero no se han podido cuantificar debido a la complejidad y hermetismo con el que las empresas y autoridades manejan el caso.
- 10. A pesar de la imposibilidad para cuantificar la contaminación se tienen reportes y evidencias tomadas por particulares y grupos de ambientalistas a cerca de derrames y hundimientos de barcazas, lo cual ha ocasionado de manera permanente una nube de carbón en el mar (Figura 3). Lo cual desencadena en eventos negativos para el ecosistema marino toda vez que impide la penetración de los rayos solares afectando directamente al plancton y la fotosíntesis que son los pilares de la red trófica.Además estas partículas se acumulan en los tejidos animales y vegetales siendo incorporados a la red trófica mediante los peces, sin tener aun claro el daño que pueden causar a la salud humana.
- 11. PROPUESTA DE SOLUCIÓN APLICANDO LA BIOTECNOLOGÍA AMBIENTALPROPUESTA DE SOLUCIÓN APLICANDO LA BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL Dentro de la biotecnología ambiental se han desarrollado varias líneas buscando brindar solución a los problemas de contaminación antrópica, para este caso específico por tratarse de un hidrocarburo se sugiere un tratamiento de las aguas contaminadas con especies vegetales de micrófitos, de raíces largas que sean capaces de acumular las partículas de carbón suspendido en la columna de agua. La Fitoestabilización es una herramienta perteneciente a la Fitorremediación y se refiere al uso de plantas para reducir la biodisponibilidad de los contaminantes en el entorno, inmovilizándolos en el agua a través de las raíces. Este mecanismo es principalmente aplicable a compuestos hidrófobos, contaminantes metálicos y de tamaño inapropiado para ser incorporado a la planta, ya que en ocasiones es recomendable inmovilizar el compuesto, debido a su incompleta o difícil biodegradación tal como es el caso del carbón mineral. Aun no se tiene suficiente información sobre los procesos de fitoestabilización en Colombia, sin embargo experiencias en otros lugares sugieren el uso de pastos y plantas freáticas. Con la anterior información se puede obtener información básica para avanzar en investigaciones orientadas a producir solución a la problemática planteada, ensayando con especies de algas y pastos marinos como la Thalassia.
- 12. PLANTASTRANSGÉNICASY FITORREMEDIACIÓNPLANTASTRANSGÉNICASY FITORREMEDIACIÓN Los organismos genéticamente modificados (OGM), comúnmente conocidos como transgénicos, juegan un papel importante en diversos ámbitos de la vida actual. Las plantas transgénicas se han diseñado para producir una gran variedad de productos. Otro uso importante de las plantas GM es para la prevención y remoción de la contaminación medioambiental. Las plantas GM empleadas con este propósito reducen significativamente la cantidad de agroquímicos necesarios para los cultivos (Montagu, 2005, Vain, 2006). Un ejemplo de estas plantas es el maíz Bt. La denominación Bt deriva de Bacillus thuringiensis, una bacteria que habita en el suelo y cuyas esporas contienen proteínas tóxicas para ciertos insectos, como el gusano barrenador (Di atrae a saccharalis). El maíz Bt se produce al insertar a la planta, el gen cry extraído de la bacteria Bt. Este gen codifica para la síntesis de proteínas Cry, las cuales se activan en el sistema digestivo del insecto alterando su equilibrio osmótico y provocando su parálisis, por lo que el insecto deja de alimentarse y muere a los pocos días (Macek et al, 2007).
- 13. BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA •Cherian, S., Oliveira, M. 2005.Transgenic plants in phytoremediation: recent advances and new possibilities. Environmental Science &Technology. 39: 9377-9390. •Guendy M., 2008. Pigments and moisture contents in Phragmites australis (Cav.)Trin. Ex steudel, would be engines for monitoring biodegradation of petroleum contaminants in constructed wetlands. Australian Journal of basic and applies Sciences. Pag. 1068 – 1075. •Leahy JG, Somerville CC, Cunningham KA,Adamantiades GA, Byrd JJ, Colwell RR. Hydrocarbon mineralization in sediments and plasmid incidence in sediment bacteria from the campeche bank.Appl Environ Microbiol. 1990 Jun;56(6):1565–1570. •Macek,T., Kotrba, P., Svatos,A., Novakova, M., Demnerova, K., Mackova, M. 2007. Novel roles for genetically modified plants in environmental protection.Trends in Biotechnology. 26: 146-152. •Macek,T., Kotrba, P., Svatos,A., Novakova, M., Demnerova, K., Mackova, M. 2007. Novel roles for genetically modified plants in environmental protection.Trends in Biotechnology. 26: 146-152. •Montagu, M.V. 2005.Technological milestones from plant science to agricultural biotechnology.Trends Plant Sci. 10: 559-560. •Oyarzun, Jorge y Oyarzun, Roberto (2011) Minería sostenible: principios y prácticas. Manual. Ediciones GEMM-Aula2puntonet. •Reichenauer ,T.G., Germida, J. J. 2008. Phytoremediation of organic contaminants in soil and groundwater. ChemSusChem. 1: 708-717. •Susarla S, MedinaVF, McCutcheon SC (2002). Phytoremediation:An ecological solution to organic chemical contamination. Ecol. Eng. 18:647-658. •Thangavel, P., Subhuram, C.V. 2004. Phytoextraction - Role of hyper accumulators in metal contaminated soils. Proceedings of the Indian National Science Academy. Part B. 70(l):109-130.