Biorremediación: microorganismos que sanan el planeta

“Como especie, los humanos somos expertos en inventar toxinas, pero, a la vez, somos unos ineptos para eliminarlas de nuestro entorno”, afirma el famoso micólogo Paul Stamets en su libro Mycelium Running, donde explica cómo los hongos pueden ayudar a salvar el mundo. 

Y es que prácticamente todo lo que producimos los humanos genera consecuencias para el medioambiente. Según datos del Sexto Reporte del Estado del Medio Ambiente en Chile, cerca de 20 millones de toneladas de residuos se generaron durante 2019 en Chile. De ellos, el 96,9% corresponde a residuos no peligrosos y el 3,1% restante a residuos peligrosos, los que están liderados por la fundición de cobre, minería en general y refinería de petróleo. 

Hace no muchos años, la preocupación medioambiental de estas industrias era bastante precaria y, básicamente, si se contaminaba un terreno, lo que se hacía era cerrarlo y colgar un cartel. Hoy, las cosas han cambiado y las industrias deben hacerse cargo de sus pasivos (o, al menos, se entiende que deberían hacerlo). Una de las técnicas que está en asecenso es la biorremediación.

Los ecosistemas tienen la capacidad de atenuar naturalmente la contaminación, es decir, depuran y regeneran el suelo o el agua frente a la contaminación de origen antrópico. Millones de microorganismos, entre ellos levaduras, bacterias no patógenas y hongos, son capaces de “comer” las sustancias tóxicas -en general de naturaleza orgánica como es el caso de los hidrocarburos del petróleo-, reduciendo su carácter tóxico o incluso volviéndolas inocuas para el medio ambiente y la salud humana. Es un proceso que ocurre todos los días, de manera silenciosa y muy lenta. Lo que hace la biorremediación es replicar esta capacidad de la naturaleza, pero acelerando el proceso.

Principalmente, se utilizan dos técnicas en biorremediación. La primera es la bioestimulación, que consiste en mejorar las condiciones ambientales para que los microorganismos del lugar puedan multiplicarse y “limpiar” los contaminantes, por ejemplo, cambiando el pH, humedad, temperatura y oxígeno, o bien incorporando nutrientes como carbono, nitrógeno y fósforo. En caso de que no existan microorganismos apropiados para combatir la contaminación, la segunda técnica empleada es la bioaumentación, que consiste en la adición externa de estos micro seres degradadores, donde, la mayoría de las veces, son organismos nativos que se producen en laboratorio y se llevan al área contaminada. 

Pero ¿qué tipos de contaminantes son biorremediables? Michael Seeger, bioquímico, Doctor en Ciencias y Director del Laboratorio de Microbiología Molecular y Biotecnología Ambiental de la Universidad Técnica Federico Santa María, lleva más de 25 años investigando y aplicando técnicas de biorremediación en Chile. En su experiencia, la gama de contaminantes que se puede remediar con esta técnica es muy amplia. “Se usa en contaminantes orgánicos como hidrocarburos, pesticidas o policlorobifenilos, donde las bacterias metabolizan estos compuestos y los transforman en elementos muy sencillos como CO2, agua, cloruro, entre otros. También se usa en contaminación por metales pesados como cobre, cadmio, mercurio, plomo, donde es mucho más complejo, porque los metales no se degradan, pero sí se puede cambiar su estado de oxidación, volviéndolos inocuos para la salud humana”, explica. 

Debido a la naturaleza o tipo de contaminante, no existe una sola técnica de biorremediación que permita restaurar los ambientes contaminados. Los microorganismos autóctonos presentes en estos sitios son la clave para resolver la mayoría de los problemas, siempre y cuando las condiciones ambientales sean adecuadas para su crecimiento y metabolismo. Así, por ejemplo, lo que funciona en climas templados, no funciona en áreas frías. “En Antárticaestamos trabajando con pequeños derrames de hidrocarburos en las bases chilenas, producto del uso de autos, traslados de combustibles, etcétera. En lugares templados, un pequeño derrame se atenúa naturalmente, pero en la Antártica las temperaturas son mucho más bajas, por lo tanto, el metabolismo de los microorganismos es más lento y pueden pasar muchos años y un pequeño derrame seguirá prácticamente igual. Entonces, lo que hacemos es mejorar las condiciones ambientales, para que los microorganismos que viven ahí tengan mejores opciones para crecer. Les puedes dar más nutrientes, tapar con plásticos para que aumente un poco la temperatura, remover el piso para evitar la compactación del suelo, entre otras técnicas”, explica Nancy Calisto, investigadora del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Magallanes. 

Bacterias, las transformadoras del planeta

Las bacterias son los organismos más abundantes del planeta. Viven en todo tipo de hábitat, ya sean fríos, calientes o ácidos. Están en las profundidades del océano y también bajo la corteza terrestre. Algunas logran vivir en desechos radioactivos e incluso pueden sobrevivir en las condiciones extremas del espacio exterior. Se estima que en nuestro cuerpo viven más de 39 billones de bacterias y que en el mundo hay aproximadamente 5 quintillones (5×10³⁰) de estos organismos. De ellos conocemos menos del 2%.

Aunque muchos asocian a estos organismos unicelulares con enfermedades, la microbiología ha demostrado que el 99,9% de las bacterias son beneficiosas o inocuas para la salud de los humanos. 

Patricia Valdespino, investigadora en el Laboratorio Nacional de Berkeley, de la Universidad de California, explica que los grandes transformadores del planeta son los microbios. “Son poderosos e incansables ingenieros, transformándolo todo”, afirma. “Si ocurre un derrame petrolero, para nosotros es una catástrofe, pero para los microbios es una instancia donde diferentes comunidades van a crecer para degradar y consumir esos hidrocarburos. No es que los microbios eliminen estas sustancias, sino que las transforman de moléculas complejas a herramientas bioquímicas inocuas. Por ello estos microorganismos se están usando para incrementar productividad de los suelos, para sanear aguas residuales, para descontaminar suelos con residuos de la minería, entre muchas otras aplicaciones. Y no solo eso. Se están haciendo estudios para crear biomateriales de manufactura microbiana y en el futuro estaremos usando estas tecnologías en nuestro baño, en la cocina, en la nevera, en los textiles que usemos e, incluso, en aparatos tecnológicos. A los microbios debemos verlos como aliados”, asegura.

Hongos que se alimentan de plásticos e hidrocarburos

“Voy a mostrarles seis soluciones para ayudar a salvar al mundo”, dice el micólogo Paul Stamets en una de sus charlas TED con más visualizaciones. En esta charla explica de sus experimentos en Washington junto al laboratorio Battelle, donde trabajaron con cuatro pilas saturadas con diésel y otros desechos del petróleo: una era la pila de control, una pila era tratada con enzimas, una pila era tratada con bacterias, y otra con hongos micelios. “El micelio absorbió el petróleo. El micelio produce enzimas peroxidasas que rompe los enlaces carbón-hidrógeno, que son los mismos enlaces que unen a los hidrocarburos. Entonces el micelio se saturó de petróleo y cuando volvimos seis semanas después se habían eliminado todos los desechos. El resto de las pilas estaban muertas, oscuras y olían mal. La nuestra estaba cubierta por cientos de kilos de hongos ostra. (…) Pero sucedió algo más, que fue una revelación en mi vida. Esporularon, las esporas atrajeron insectos, los insectos pusieron huevos, los huevos fueron larvas. Entonces vinieron los pájaros trayendo semillas, y nuestra pila se transformó en un oasis de vida”. 

En este experimento los HAP (hidrocarburos aromáticos policíclicos) pasaron de 10.000 partes por millón a 200 partes por millón en solo ocho semanas. A partir de estos experimentos, Stamets acuñó el término de micorremediación, definido como el uso de hongos para degradar o eliminar toxinas del medio ambiente. 

“Los hongos son organismos heterofrotos, es decir obtienen su alimento desde otra fuente. Tienen un sistema de enzimas capaz de degradar moléculas muy complejas, convirtiéndolas en sustancias químicas más simples que las utilizan para su propio desarrollo y crecimiento. Los hongos son los primeros en descomponer la madera, por ejemplo, para que después puedan entrar bacterias, insectos y otros descomponedores”, explica Daniela Torres,Directora de Programas de Fundación Fungi. 

Así, los hongos se están estudiando para degradar pesticidas, herbicidas, insecticidas, antibióticos, metales pesados, cianotoxinas y colorantes, entre otros. Incluso hay hongos con la capacidad de descomponer el poliuretano, un ingrediente central en los productos de plástico.

Iniciativas exitosas

Si bien en Chile la biorremediación es una tecnología aún desconocida para el público general, se viene usando en el mundo hace más de 4 décadas. Ya en 1978, tras el vertido del petrolero Amoco Cádiz en las costas francesas, la empresa Elf Aquitaine desarrolló un producto compuesto de urea, laurilfosfato y ácido oleico, para reforzar las poblaciones de microorganismos degradadores de hidrocarburos, contribuyendo a la limpieza del derrame. El éxito de este producto llevó, en 1989, a utilizarlo nuevamente para la limpieza de otra marea negra famosa: la del buque Exxon Valdez, frente a las costas de Alaska.

“Otras iniciativas más próximas en el tiempo y que han resultado exitosas en la aplicación de la técnica de biorremediación han sido, por ejemplo, la construcción del Parque Olímpico de Londres 2012, en cuyo proyecto se aplicaron diferentes técnicas de descontaminación de suelos, entre las que se encontraba la biorremediación para la eliminación de contaminantes de naturaleza orgánica como los hidrocarburos. En este caso se utilizaron biopilas y biorremediación mejorada para las aguas subterráneas afectadas. También destaca el caso de Mantova (Italia), en la que se actuó sobre un sitio ubicado en un paraje natural de alto valor ecológico que se encontraba contaminado por benceno, tolueno, xileno y aminas aromáticas, combinando la biorremediación con otras técnicas complementarias”, cuenta Germán Monge, experto español en remediación de suelos.

En Chile también existen varios ejemplos con estas técnicas. La Empresa Nacional del Petróleo (ENAP) realizó el saneamiento de 376 fosas petroleras en Magallanes entre los años 2005 y 2011. Para expandir la ciudad, en Puerto Montt se trabajó un terreno que había sido utilizado por décadas en almacenamiento y distribución de combustibles. El caso más reciente y emblemático es el de Las Salinas en Viña del Mar, 16 hectáreas que se pretenden descontaminar con bacterias y que hoy se encuentran cerradas por contaminación de hidrocarburos, pesticidas y otros compuestos químicos.

Es importante aclarar que no todas las iniciativas de biorremediación surgen en torno a desastres ecológicos. Por ejemplo, el Doctor en Biotecnología Alex González, del Departamento de Ciencias

Biologicas y Biodiversidad de la Universidad de Los Lagos, comenta el caso de un grupo de productores de cacao en el Amazonas peruano, que les solicitó ayuda. “Fueron advertidos por la comunidad europea que debían bajar los niveles de cadmio del cacao. En ninguna parte del proceso utilizaban este mineral, pero como el Amazonas es rico en metales, producto de las lluvias bajan desde las partes altas y se depositan en la zona plana del Amazonas donde se cultiva el cacao. Entonces la planta del cacao lo absorbe y lo moviliza a sus frutos. ¿Qué hicimos? Utilizamos bacterias nativas del lugar, sacadas de la misma planta del cacao. La llevamos a laboratorio, las propagamos y las devolvimos al medioambiente. Esto ha permitido que se absorba el cadmio y no pase a al fruto, quedando en esta biomasa bacteriana”.

Temores y oportunidades

En Chile, como es una técnica poco difundida y no existe regulación específica sobre el tema, existe temor sobre las consecuencias de usar bacterias exógenas, aunque el uso de microorganismos no nativos ya es una técnica ampliamente difundida en el país, por ejemplo, a través de fertilizantes agroquímicos que, en su mayoría, provienen del extranjero. “En biorremediación siempre intentamos usar bacterias de la misma región, o al menos del mismo país, y solo se trabaja con microorganismos que son capaces de degradar estos compuestos complejos. Jamás vas a agregar bacterias que sean patógenas para humanos, animales o vegetales”, asegura Michael Seeger.

Otra pregunta que muchos se hacen es qué pasa con estos microorganismos cuando finaliza el proceso de biorremediación. La respuesta de la literatura especializada es simple: la concentración de microorganismos del suelo se equilibra de nuevo a concentraciones naturales y previas al inicio de la remediación del sitio autorregulándose, ya que al eliminarse la fuente de alimentos (contaminación orgánica) la población muere y decrece. 

En cualquier caso, aunque la biorremediación puede ser muy efectiva para procesos de descontaminación, Michael Seeger recuerda que solo se trata de una técnica paliativa. “Por ejemplo, en Quintero- Puchuncaví, no basta con cerrar la Fundición ¿Cómo se van a descontaminar los suelos y aguas? Necesitamos una industria que no genere pasivos ambientales y, en la medida que se produzcan, que las empresas y el Estado se hagan cargo. Hoy existe una creciente consciencia ambiental y eso va a permitir un mayor desarrollo de biotecnologías como la biorremediación, pero Estado, empresas y científicos, tenemos que trabajar en conjunto para ello”.