Presentación realizada el 04de Julio 2014 a los alumnos del 3er Ciclo de Ingeniería Ambiental de la Universidad Privada del Norte - Los Olivos

2. ANTECEDENTES
Son muchos los elementos que deterioran el medio natural, y muchas las
actividades del hombre que tienen consecuencias negativas en los recursos
naturales de la Tierra. Cada vez es mayor el número de alarmas que se
disparan para alertarnos de los riesgos, no existe ningún medio que no esté
afectado, o con grandes posibilidades de afectarse, y no existe ninguna
solución que garantice la plena resolución de los peligros.
El vertido de sustancias tóxicas se hace cada año más
incalculable. Miles de compuestos químicos, creados en
laboratorios, alteran el funcionamiento de los ecosistemas
y atentan contra la salud de sus habitantes: efluentes
agrícolas, residuos industriales y accidentes industriales,
contaminan aguas superficiales, suelos, aire, corrientes
acuosas, y los reservorios.
Son cada día mayores las conexiones entre contaminación y
salud, ya nadie duda que un ambiente contaminado provoca
numerosas enfermedades, desde las relacionadas con la piel
o el aparato respiratorio (alergias, dermatitis, asmas), a
procesos mucho más graves de tipo degenerativo.

3. REMEDIACIÓN BIOLÓGICA
La remediación biológica es una interesante alternativa
que permite tratar, recuperar y/o restaurar cursos de
aguas y suelos contaminados de metales, productos
orgánicos, y demás polución industrial.
Dos tipos:
• Fitorremediación
• Biorremediación

4. FITORREMEDIACIÓN
• La fitorremediación
constituye una
variación de las
técnicas de
remediación
biológica, pero se
concreta en el «uso
de plantas verdes
dirigidas a liberar,
contener, o
transformar en
compuestos inocuos
a los contaminantes
del suelo».

5. FITORREMEDIACIÓN

6. BIORREMEDIACIÓN
• Tecnología que emplea microorganismos naturales (levaduras,
hongos o bacterias) o manipulados genéticamente para degradar
sustancias peligrosas en otras menos tóxicas o inofensivas para
el medio ambiente y para la salud humana.
• Se basan en la digestión de las sustancias orgánicas e
inorgánicas por los microorganismos.
• Requiere de condiciones adecuadas de pH, presencia de
nutrientes en suelo y agua: temperatura; humedad, textura y
estructura del suelo; y concentración de los contaminantes.
• Se consideran procesos de biosorción, biorreducción,
biodegradación, bio-acumulación, entre otros..
• La biorremediación bacteriana se ha convertido en una nueva
alternativa para atacar de manera directa muchos de los
problemas de contaminación que presentan los suelos y las
aguas.
• Ventajas
• Eliminación permanente de la contaminación.
• Aceptación por la sociedad.
• Mínima alteración del lugar.
• Puede acoplarse con otros procedimientos
descontaminantes.

7. BIORREMEDIACIÓN DE COBRE
• El cobre posee un importante papel biológico en la fotosíntesis de
las plantas, aunque no forma parte de la composición de la clorofila.
• El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al
mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema
inmunitario y huesos y por tanto es un oligoelemento esencial para
la vida humana.
• Se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la
dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces
entre otros, además del agua potable y por lo tanto es muy raro que
se produzca una deficiencia de cobre en el organismo.
• El desequilibrio de cobre ocasiona en el organismo una enfermedad
hepática conocida como enfermedad de Wilson.

8. BIORREMEDIACIÓN DE COBRE
Toxicidad
• Niveles altos de Cu en el organismo pueden ser dañinos para la salud.
• Su inhalación puede producir irritación de las vías respiratorias.
• La ingesta produce náuseas, vómitos y diarrea. Un exceso de cobre en la sangre
puede dañar el hígado y los riñones, e incluso causar la muerte. Ingerir por vía oral
una cantidad de 30 g de sulfato de cobre es potencialmente letal en los humanos.
• Para las actividades laborales en las que se elaboran y manipulan productos de
cobre, es necesario utilizar medidas de protección colectiva que protejan a los
trabajadores. El valor límite tolerado es de 0,2 mg/m³ para el humo y 1 mg/m³ para
el polvo y la niebla.
• El cobre reacciona con oxidantes fuertes tales como cloratos, bromatos y yoduros,
originando un peligro de explosión. Además puede ser necesario el uso
de equipos de protección individual como guantes, gafas y mascarillas. Además,
puede ser recomendable que los trabajadores se duchen y se cambien de ropa
antes de volver a su casa cada día.52
• La OMS en su Guía de la calidad del agua potable recomienda un nivel máximo de
2 mg/l. El agua con concentraciones de cobre superiores a 1 mg/l puede ensuciar
la ropa al lavarla y presentar un sabor metálico desagradable.

9. BIORREMEDIACIÓN DE COBRE
• Los hongos – sobre todo los de la pudrición blanca – como el
Pleurotus ostreatus se han reportado como buenos acumuladores de
cobre, además de cadmio, mercurio, plomo y zinc.
• Estudios realizados en Argentina, demuestran que algunas cepas de la
bacteria Escherichia coli, en un proceso ex situ, podrían ser
eficientemente utilizadas para detoxificar suelos o aguas
contaminados con cobre.
• Una cepa de Cryptococcus agrionensis fue capaz de captar 15,8 mg de
cobre por gramo de levadura, además de retener otros metales.

10. BIORREMEDIACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN
POR MERCURIO

12. MERCURIO: ¿Qué es?
• El mercurio (Hg) o azogue es un metal pesado plateado.
• A temperatura ambiente se presenta como un líquido inodoro (no tiene olor).
• En la naturaleza, puede ser encontrado en suelo, agua y aire, bajo la forma de
mercurio elemental (metálico), inorgánico y orgánico.
• Las formas naturales más comunes son el mercurio elemental, sulfuro de
mercurio o cinabrio, cloruro y metilmercurio.
• Se debe precisar que la forma tóxica de interés es el metilmercurio (CH3Hg+),
que se biomagnifica fácilmente como parte de la cadena alimenticia, poniendo en
riesgo los ecosistemas y la salud pública, al acumularse en los tejidos blandos,
especialmente de peces en áreas donde se realiza explotación minera ilegal.
Complejos org nicos e inorg nicos矣 HgS
SEDIMENTO Hg(0) Hg+2 CH3Hg
+ CH3HgCH3
AGUA Hg(0) Hg+2
CH
3
Hg
+
CH3HgCH3
AIRE Hg(0) Hg+2
PECES
CH3HgCH3

13. MERCURIO: actividad antropogénica
• Se conocen múltiples usos ya sea con propósitos industriales, medicinales y
cosméticos. En la actualidad, su empleo involucra la producción de cloro-
alcalis, en la fabricación de cables e interruptores eléctricos, en instrumentos
de medición y control y en usos dentales.

14. • Como ya se ha indicado, el mercurio y en especial su forma orgánica
– metilmercurio – es una potente neurotoxina capaz de menoscabar el
desarrollo neurológico en fetos y en niños pequeños además de
provocar daño en el sistema nervioso central de los adultos.
Adicionalmente, las altas exposiciones al mercurio inorgánico pueden
dañar el sistema digestivo, el sistema nervioso y los riñones. Tanto el
mercurio orgánico como el inorgánico son absorbidos vía el tracto
gastrointestinal y desde aquí afectar a otros sistemas.
• De otro lado, el mercurio elemental puede ser origen de efectos
negativos en la salud cuando son aspirados bajo la forma de vapor y
depositados en los pulmones. Esto puede ser consecuencia de una
exposición a derrames de mercurio o a la ruptura de materiales que lo
contienen y exponen al metal al aire, particularmente en habitaciones
cálidas o pobremente ventiladas.
MERCURIO: toxicidad

15. • Se reporta la existencia de numerosas tecnologías que permitan el
tratamiento de mercurio, entre las que se indican la precipitación;
coagulación/coprecipitación, y la adsorción con carbón activado.
• Adicionalmente, se tiene el intercambio iónico que históricamente ha
estado limitado al uso de resinas aniónicas para procesar aguas residuales
industriales con contenido de mercurio inorgánico.
• Otras tecnologías incluyen la reducción química, separación por
membranas, técnicas emergentes como adsorción de macrociclos,
extracción por membranas y el tratamiento biológico.
MERCURIO: TÉCNICAS DE REMEDIACIÓN

16. • Ya sea in situ o ex situ, la biorremediación de mercurio ha probado
ser una tecnología efectiva para el tratamiento de la contaminación
con este metal.
• El proceso se basa fundamentalmente en la capacidad de ciertos
grupos biológicos de soportar altas concentraciones de mercurio
presentes en los medios donde se encuentran.
• Los mecanismos de esta resistencia se encuentran codificadas en
genes que les permite modificar la forma contaminante – usualmente
el metilmercurio – y transformarlo en una forma menos tóxica o en
mercurio elemental.
• Adicionalmente, puede presentarse una acumulación o retención del
químico en la biomasa microbiana.
•En los últimos tiempos existe una tendencia a realizar mejoramiento
genético a ciertas especies vegetales (transgénicos) para que
presenten la capacidad de tolerar altas concentraciones de mercurio
en el suelo y eliminar – o disminuir – su capacidad tóxica.
MERCURIO:
REMEDIACIÓN BIOLÓGICA

17. Tratamiento Microbiano
• Las bacterias resistentes al mercurio (MRB – Mercury-resistant bacteria)
están ampliamente distribuidas en la naturaleza, totalizando
aproximadamente entre el 1- 10% del total de bacterias heterotróficas
aeróbicas.
• Su presencia está correlacionada con el nivel de contaminación mercurial
en un ambiente, aunque también pueden ser aisladas en ambientes no
contaminados.
Mecanismos de biorremediación
Los microorganismos pueden sobrevivir a elevadas concentraciones de
sales mercuriales debido a diferentes mecanismos.
a.- Reducción enzimática a Hgº y volatilización
El mecanismo más común de resistencia al mercurio en las bacterias es la
reducción enzimática de iones de mercurio bivalente (Hg2+) a su forma
elemental (Hgº) por la flavoenzima citoplasmática mercurio-reductasa.
El mercurio elemental parece ser eliminado por difusión pasiva desde la
célula bajo condiciones fisiológicas normales. La consiguiente volatilización
del mercurio remueve este material del ambiente circundante antes de que
ocurra una re-oxidación.
MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA

18. Formación de HgS insoluble
El sulfuro de mercurio (HgS) puede formarse por la reacción directa de
Hg2+ con el Hg2S producido anaeróbicamente por la bacteria Clostridium
cochlearium; aunque también se reporta la capacidad de Klebsiella
aerogenes de producir HgS.
Remoción de mercurio en aguas residuales
Las bacterias también presentan la capacidad de remover el mercurio
presente en aguas residuales. Las investigaciones(4) reportan que la
capacidad de Klebsiella pneumoniae de usar tres distintos mecanismos
para la remoción de mercurio.
El primero de ellos, es la reducción enzimática y volatilización de mercurio
debido a la presencia del determinante de resistencia a mercurio Tn5073.
El segundo mecanismo, es la precipitación aeróbica de Hg2+ como HgS
insoluble como resultado de la producción de H2S. La tercera ruta es la
biomineralización de Hg2+ como un complejo mercurio-azufre insoluble mas
que como HgS, debido probablemente a la producción aeróbica de un
compuesto thiol volátil.
MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA (cont.)

19. MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA (cont.)

20. Metilmercurio: Biorremediación
• Actividades humanas como la quema de carbón han producido toneladas de mercurio
iónico que es rápidamente convertido a metilmercurio por microbios presente en los
sedimentos. Esta contaminación es peligrosa debido a que el metilmercurio se
acumula en los tejidos vivos, donde es altamente tóxico.
•La toxicidad del metilmercurio fue observada por primera vez a gran escala en Japón
(50’s) debido al consumo de pescado contaminado de la bahía de Minamata, causada
por la descarga de una fabrica de productos químicos cercana y que producia
desechos con altas concentraciones de mercurio iónico, el que fue convertido en
metilmercurio y se acumuló en los peces.
•Bacterias especializadas pueden desarrollar de manera natural en ambientes
contaminados con metilmercurio graciuas a la enzima degradadora de metilmercurio
llamada MerB, con habilidad de de romper los enlaces mercurio-carbono,
convirtiéndola en crucial en los esfuerzos para limpiar este compuesto de cursos de
agua contaminadas.
•Debemos indicar que cepas selectas de bacterias son resistentes a compuestos
mercuriales debido a la adquisición de un elemento genéticamente transferible
conocido como el operon mer, un dedicado conjunto de genes resistentes al mercurio
que son autorregulados por la proteína MerR enlazada al ADN. Las bacterias
resistentes al mercurio iónico y el metilmercurio codifican proteínas que regulan el
transporte de mercurio (MerA, MerP y MerT) y la degradación del metal (MerA y MerB).
MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA (cont.)

21. MERCURIO: REMEDIACIÓN BIOLÓGICA