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¿Qué es la biorremediación?

La biorremediación se define como la eliminación de contaminantes de una zona causada por la actividad de los microorganismos (bacterias, hongos, etc.) que están presentes en ella de forma natural, o que han sido añadidos con esta finalidad.

¿Cómo se puede demostrar que la disminución de la contaminación está causada por la presencia de bacterias y no por otros factores?

Se pueden realizar análisis utilizando biomarcadores (marcadores biológicos) que permiten saber que la degradación del contaminante no es consecuencia de acciones físicas como la evaporación, la foto oxidación (modificación de la estructura de un compuesto por acción de la luz solar) o por la unión del contaminante al suelo (por adsorción o absorción), sino que es consecuencia de la actividad de las bacterias.

¿Qué es un biomarcador (marcador biológico)?

Un marcador biológico es un compuesto que forma parte del agente contaminante y que se comporta igual que el producto que se quiere eliminar frente a procesos físicos , pero que no es o es el último componente del contaminante en ser atacado por acciones biológicas (es decir, por la actividad de bacterias, hongos, etc.)

¿Qué es un hidrocarburo?

Un hidrocarburo es un compuesto formado exclusivamente por átomos de hidrógeno y carbono unidos entre sí formando una cadena que puede ser más o menos larga según el número de átomos de carbono que lo forma. Esta cadena puede ser sencilla o ramificada, abierta o cerrada.

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Representación esquemática de la estructura de un hidrocarburo de cadena sencilla y lineal. A cada vértice hay un átomo de carbono y las líneas representan las uniones entre éstos.

¿Qué hace una bacteria con el hidrocarburo?

Para algunas bacterias, los hidrocarburos son su fuente de carbono. Las bacterias absorben el hidrocarburo, extraen los átomos de carbono que contiene y los utilizan para su crecimiento y reproducción. De este modo, los hidrocarburos que contaminan una zona se degradan y desaparecen transformándose en nuevas bacterias, CO2 y agua.

¿Cuántos productos diferentes contiene el gasoil?

El gasoil es un derivado del petróleo y está formado por aproximadamente un 75% de hidrocarburos lineales y un 25% de hidrocarburos aromáticos (cíclicos), con longitudes de entre 9 y 26 carbonos.

Mediante dos técnicas de laboratorio, la cromatografía de gases y la espectrofotometría de masas, se pueden identificar y cuantificar cada uno de los hidrocarburos que constituyen el gasoil a partir de gráficos (cromatogramas) como el siguiente, donde cada pico representa un hidrocarburo con un número de átomos de carbono determinado y la altura del pico su cantidad.

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¿Cuáles son los biomarcadores en una contaminación por hidrocarburos?

En una contaminación por hidrocarburos como son los vertidos de petróleo o de sus derivados (gasoil, gasolina, etc.) los marcadores que se utilizan son el pristano, el fitano los hopanos.

¿Qué son el pristano y el fitano?

Tanto el pristano como el fitano son compuestos presentes en el petróleo y sus derivados. Están formados exclusivamente por átomos de hidrógeno y carbono pero, a diferencia de los hidrocarburos lineales, se unen formando una estructura ramificada. Estas ramificaciones son las responsable que las bacterias no puedan utilizar ni degradar estas sustancias fácilmente.

Por otro lado, referente a su desaparición por causas físicas como la evaporación, la foto oxidación, etc., el pristano y el fitano se comportan igual que los hidrocarburos lineales con un número de átomos de carbono similar al suyo; concretamente se comportan igual que el C17 y el C18

Todas estas características hacen que se utilicen el pristano i el fitano como biomarcadores de la biorremediación del petróleo y sus derivados.

 

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Representación esquemática de la estructura del pristano, el fitano y de los hidrocarburos lineales C17 y C18.

¿Qué son los hopanos?

Los hopanos son moléculas constituidas por átomos de carbono e hidrógeno, son de origen vegetal y forman parte del petróleo y sus derivados; pero su estructura es mucho más compleja que la de otros hidrocarburos. En este caso, las cadenas de carbono se unen formando anillos que se unen entre sí. Como consecuencia de esta complejidad, las bacterias no pueden romper la estructura y eliminar los hopanos; es por este motivo y porque frente procesos físicos se comportan igual que los hidrocarburos aromáticos policíclicos que los hopanos se usan como biomarcadores en la biorremediación de contaminación por petróleo y sus derivados.

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¿Cómo podemos afirmar que se produce biorremediación de petróleo y derivados en un ambiente determinado?

Simplemente se debe identificar y cuantificar las distintas sustancias que forman el petróleo o sus derivados como el gasoil, y comparar su desaparición con la desaparición de los biomarcadores.

Cuando los diferentes componentes del petróleo y derivados desaparecen más rápidamente que los biomarcadores significa que la desaparición es selectiva y está causada por la actividad de las bacterias. Por tanto, se puede afirmar que se produce biorremediación. Por el contrario, si la desaparición no es selectiva y es similar para todos los componentes del petróleo, biomarcadores incluidos,  significa que la disminución de estas sustancias está causada por procesos físicos como la evaporación, la foto oxidación, etc. Por tanto, en este caso no se produce biorremediación

Anteriormente hemos dicho que los diferentes componentes del petróleo y derivados se pueden cuantificar e identificar mediante la cromatografía de gases y la espectrofotometría de masas. Simplemente dividiendo las cantidades presentes en una zona de C17 y C18 por las cantidades de sus biomarcadores, pristano y fitano respectivamente, conseguimos el valor de un índice   (                   y/o                    )   . Si el valor de estos índices se reduce con el tiempo significa que el C17 y el C18 desaparecen más rápidamente que sus biomarcadores, por tanto, significa que se produce biorremediación en la zona. A continuación mostramos un ejemplo de la aplicación de este sistema, publicado en la revista  Pollution Bulletin 46 (2003) 887-899, donde encontramos el gráfico siguiente:

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En este caso, los índices entre C17/pristano y C18/fitano pasan de tener valores de 1.1 y 1.3 respectivamente en el día 0, a 0.9 y 0.7 en el día 40 (Figura A y B), una indicación clara de biodegradación. La eliminación física del petróleo no causaría una eliminación preferencial de los compuestos. Al final del experimento, día 343, hay una desaparición drástica de los hidrocarburos saturados (Figura C). Desaparecen todos los picos excepto los correspondientes al pristano y el fitano, los cuales no desaparecen pero sí que se reducen significativamente.


 

¿Se puede utilizar cualquier biomarcador en cualquier momento?

No. Hay bacterias que tienen una gran capacidad para utilizar todo tipo de compuestos entre los que hay también algún biomarcador (el pristano y el fitano), pero no los utilizan hasta no tener ninguna otra opción. En consecuencia, durante las primeras fases de un proceso de biorremediación, las bacterias tienen muchas fuentes de carbono disponibles para escoger entre los hidrocarburos presentes en el petróleo, por tanto, no utilizan el pristano ni el fitano, los cuales sirven de biomarcadores.

En fases más avanzadas de la biorremediación, las fuentes de carbono fáciles de utilizar se agotan y hay bacterias que empiezan a degradar el pristano y el fitano; en este punto ya no sirven como biomarcadores. Es por este motivo que para poder demostrar que se está produciendo biorremediación en las etapas finales se necesitan biomarcadores con una estructura molecular más compleja como los hopanos.

Ejemplo de degradación de fuel por la acción de la biorremediación con el método BIOPULCHER

En verano del 2014 aparecieron unas manchas de fuel que afectaron más de un kilómetro de costa en la Playa de El Cabrón, en Gran Canaria. Se cree que este vertido de fuel fue provocado por la limpieza de las sentinas de un buque en alta mar y que la corriente llevó hasta la costa.

En una primera actuación se retiró el fuel mecánicamente con la ayuda de casi 200 voluntarios. ¿Pero qué pasa con el fuel que no se puede retirar?, ¿Cómo se puede eliminar?

Nosotros propusimos el método BIOPULCHER como método de biorremediación para poder eliminar los restos de fuel mediante la actividad de bacterias en aquellas zonas donde no se puede retirar mecánicamente. Por este motivo tomamos muestra del fuel y lo tratamos con el método BIOPULCHER en el laboratorio. Cada 7, 14, 22, 36 i 60 días tomamos muestras del experimento y las analizamos para poder determinar la eficacia de nuestro método como sistema de biorremediación mediante el análisis de las relaciones C17/pristano y C18/fitano. Los resultados fueron los siguientes:

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Como se aprecia en la Tabla 1, a los 60 días de incubación se reducieron en más de un 75% la cantidad de hidrocarburos totales C10-C40 de la muestra. Además, como se puede observar en la tabla 2, hay una disminución de las relaciones de los hidrocarburos y sus biomarcadores indicativos de la acción de biorremediación.

De estos resultados se puede concluir y afirmar que el método de biorremediación de BIOPULCHER es efectivo en la eliminación de la contaminación del fuel vertido en la Playa de El Cabrón.

Bibliografía

  1. J.E. Ortiz, M.J. García and J.L. Rodríguez Gallego. Biomarcadores y su utilidad en la evaluación de la biodegradación del petróleo. Industria y Minería, 2003 (351): 41-45

 

  1. Roger C. Prince, David L. Elmendorf, James R. Lute, Chang S. Hsu, Copper E. Haith, James D. Senius, Gary J. Dechert, Gregory S. Douglas, and Eric L. Butier. 17a(H),21@(H)-Hopane as a Conserved Internal Marker for Estimatlng the Biodegradation of Crude Oil. Envkon. Scl. Technol. 1004, 28, 142-145

 

  1. Albert D. Venosa, Makram T. Cuidan, Brian A. Wrenn, Kevin L. Strohmeier, John R. Haines, B. Loye Eberhart, Dennis King, and Edith Holder. Bioremediation of an Experimental Oil Spill on the Shoreline of Delaware Bay. Environ. Sci. Technol. 1996, 30, 1764-1775

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