Microorganismos para eliminar contaminantes

Entre los contaminantes ambientales más ampliamente distribuidos en la naturaleza, se encuentran los metales pesados. Las principales vías de acceso al organismo son a través del consumo de agua y alimentos contaminados. Los microorganismos es una forma excelente de hacerles frente.

El daño que un metal pesado causa a la salud depende de diversos factores, entre los que se encuentran el tipo de metal, la concentración que se ingiera y el tiempo al que se está expuesto, es decir, se pueden presentar intoxicaciones agudas, si ingerimos una alta concentración o crónicas cuando estamos expuestos a pequeñas cantidades durante mucho tiempo.

Este último tipo de toxicidad es al que algunas poblaciones de México están expuestas, cuando se consume agua contaminada con metales pesados.

El cadmio, el plomo y el arsénico, son algunos de los principales metales pesados que pueden contaminar el agua para consumo. Su característica fundamental, es que no pueden ser degradados ni destruidos.

Además, pueden ser asimilados, almacenados y acumulados en diferentes partes del organismo. Por ello, su peligro reside en la capacidad de bioacumulación en los tejidos.

La exposición prolongada a bajas concentraciones de los mismos, puede producir una gran variedad de alteraciones metabólicas y cáncer en diferentes órganos vitales.

Principales fuentes de contaminación

Las principales fuentes de contaminación de arsénico, cadmio y plomo son las actividades antropogénicas, es decir, actividades realizadas por el ser humano. En el caso del arsénico también puede darse una contaminación natural del agua, debido a que existen depósitos naturales en la tierra.

En México, los depósitos naturales más importantes de arsénico se encuentran en la Comarca Lagunera de Coahuila y Durango. Pero, ¿cuáles son las actividades antropogénicas que contaminan a los cuerpos de agua con metales pesados?

Una de ellas son los desechos de las industrias que utilizan estos metales. Por ejemplo, el cadmio se usa como pigmento en pinturas, esmaltes, cerámica glaseada, plásticos, textiles, vidrios, tintas de impresión, caucho y lacas; en la producción de pilas eléctricas, como estabilizante de termoplásticos, endurecedor  de llantas para automóvil y en la fabricación de reactores nucleares y celdas fotoeléctricas.

El plomo

Otro ejemplo es el plomo utilizado en la fabricación de baterías, pigmentos, plásticos, soldaduras, cubiertas de cables, plomadas y armamento. También, en la elaboración de equipo para la fabricación de ácido sulfúrico, refinamiento de petróleo y procesos de halogenación.

En su forma de tetraetilo de plomo sirve como aditivo antidetonante en la gasolina.

Otra fuente de contaminación son los agroquímicos que se utilizan en el campo. Por ejemplo, algunos plaguicidas contienen arsénico; cuando se abusa de los plaguicidas, los escurrimientos de agua en el campo, pueden llegar a cuerpos de agua destinados para consumo.

Sin embargo, una de las mayores contaminaciones por metales pesados en agua la podría estar causando el descuido de las mineras y de la industria metalúrgica. Un ejemplo reciente es el derrame en el río Sonora.

En México los Límites Máximos Permisibles para cadmio, plomo y arsénico en agua para uso y consumo humano (Agua potable y purificada), se establecen en las Normas Oficiales Mexicanas NOM-127-SSA1-19941 y NOM-201-SSA1-20022 (Ver Tabla 1 del documento relacionado).

Es importante resaltar que los límites del contenido de arsénico en la Unión Europea y en los Estados Unidos de Norteamérica son más bajos.

Microorganismos, alternativa efectiva

Existen varias metodologías químicas y físicas que pueden utilizarse solas, o en conjunto, para eliminar a los metales pesados de las aguas de desecho industrial.

La precipitación, la coagulación/floculación, la flotación y el intercambio iónico, son los métodos químicos más utilizados, mientras que en los físicos se encuentran la filtración por membranas y la adsorción.

Estos métodos pueden llegar a ser muy costosos o hasta inefectivos, cuando las concentraciones de metales pesados son menores a los 100 mg/L. En estos casos, las alternativas biológicas representan una opción prometedora, principalmente cuando se aprovecha la interacción de levaduras y bacterias, con los metales pesados.

Las interacciones entre estos microorganismos ocurren: 1) a nivel extracelular, en la superficie de la bacteria o la levadura; y 2) intracelularmente, cuando el microorganismo capta al metal y lo internaliza al interior de su célula.

Las interacciones con la superficie celular dependen del tipo de microorganismo, ya que el metal interactúa con grupos moleculares específicos que varían entre géneros y especies.

La interacción principal se da por diferencia de cargas eléctricas; las cargas negativas de las moléculas microbianas y las positivas de los metales. En menor grado se presentan otros tipos de enlaces que dan lugar a la formación de complejos y que pueden ser determinantes para que un microorganismo en particular, presente selectividad para unir mejor un metal pesado que otro.

Es importante destacar que este tipo de interacción puede darse tanto si el microorganismo se encuentra vivo o no.

Metalotioninas

A nivel intracelular, como consecuencia de la acumulación del metal dentro del organismo, ocurren transformaciones enzimáticas o la síntesis de proteínas secuestradoras de metales llamadas metalotioninas.

En tal caso, los microorganismos que se utilicen deberán estar vivos, para que puedan internalizar a los metales a través de canales proteicos transportadores que se encuentran incrustados en la membrana celular.

Para poder utilizar microorganismos que eliminen metales pesados del agua destinada al consumo humano, deben cumplir la característica de ser inocuos para el ser humano, como se les conoce en Estados Unidos, generalmente reconocidos como seguros (GRAS, por sus siglas en inglés). Con ello se previene que, en caso de que alguno quede en el agua, pueda causar algún daño a la población.

Otros microorganismos

Se han estudiado a los probióticos del género Lactobacillus y Bifidobacterias por su capacidad de unir metales pesados.

Algunas cepas de Lactobacillus rhamnosus remueven hasta el 80 y 60% de plomo y cadmio presentes en el agua, respectivamente.

Otros microorganismos que también han resultado efectivos son el Bifidobacterium breve y algunas especies de Propionibacterium. Una de las desventajas que puede presentarse para escalar su uso a nivel industrial es la generación de cantidad suficiente de biomasa bacteriana.  Esta desventaja no existiría al utilizar a la levadura Saccharomyces cerevisiae. S. cerevisiae se usa en panadería y en la elaboración de vinos y cerveza. Su producción es un proceso controlado y dominado desde hace mucho tiempo por el humano.

Esta levadura es el microorganismo GRAS más utilizado en la industria alimentaria, su manejo a gran escala es fácil y económico y, para remover metales, puede utilizarse viva o inactiva.

S. cerevisiae interacciona con cromo, cadmio, plomo, arsénico y mercurio, entre otros metales. Puede ponerse en taques en contacto con el agua contaminada, para retirar a los metales pesados presentes.

Posteriormente habría que centrifugar y filtrar el agua, para retirar al microorganismo. Una alternativa prometedora es la que se estudia en el Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD), que consiste en inmovilizar a la levadura por diferentes técnicas para evitar que pase al agua, y poder reutilizarla.

Por Q. B. Rosa Idalia Armenta Corral, Miembro actual de la Coordinación de Ciencias de los Alimentos del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD).