INTRODUCCIÓN

Los derrames de petróleo se derivan de las actividades de la industria petrolera como son la perforación de pozos, el transporte del hidrocarburo y el traslado desde alta mar a tierra firme, estos forman parte de los principales problemas que causan la contaminación de los ecosistemas (Mirjani, Soleimani, & Salari, 2021). Los hidrocarburos de petróleo son compuestos orgánicos persistentes en el ambiente en donde son vertidos; las propiedades físicas que poseen tales como la densidad relativa, la volatilidad, la fluidez y la viscosidad dificultan su remoción, por lo que se han explorado diferentes técnicas que permitan su eliminación para remediar los sitios afectados (De la Huz, Lastra, & López, 2011). Los hidrocarburos también son considerados altamente tóxicos para el hombre, ya que producen irritación en los ojos y piel, así como enfermedades respiratorias, dolor de cabeza, alteraciones en el ADN inclusive provocan diferentes tipos de cáncer (Marris, Kompella, & Miller, 2020; Pérez, López, Rodríguez, & Ramos, 2019). En los ecosistemas acuáticos causan daños funcionales al impedir que se lleven a cabo procesos químicos como la fotosíntesis, ya que cuando se sitúan en el espejo de agua forman una capa superficial que obstruye el paso de la luz solar, alterando la cantidad de oxígeno disuelto; se ha registrado que el hidrocarburo se adhiere al plumaje de las aves acuáticas, lo que dificulta su desplazamiento y puede provocar asfixia e intoxicación al ingerirlo (Viramontes Ramos, Portillo Ruiz, & Nevárez Moorillón, 2020).

En la actualidad se han utilizado distintas técnicas de remediación con el propósito de eliminar estos contaminantes de los sitios afectados; por ejemplo, en la biorremediación se pueden utilizar microorganismos capaces de convertir los hidrocarburos en sustancias como el agua (H₂O) y el dióxido de carbono (CO₂) (Behera et al., 2018). Los microorganismos como algunas especies de bacterias son capaces de utilizar los elementos constituyentes de los hidrocarburos como son carbono (C), nitrógeno (N), oxígeno (O), hidrógeno (H) y azufre (S) como fuente de energía para su crecimiento poblacional,por lo queen este artículo se destaca la importancia en la biorremediación de las bacterias nativas de sitios afectados por derrames de petróleo (Viramontes Ramos et al., 2020).

DESARROLLO

Problemáticas que generan los derrames de hidrocarburos

La contaminación del ambiente por hidrocarburos es un problema a nivel mundial derivadoprincipalmente de los derrames de petróleo producto de actividades como la descarga de aguas residuales con restos del hidrocarburo, fugas en los tanques de almacenamiento y oleoductos subterráneos (Varjani & Upasani, 2017).

Una vez que el hidrocarburo contamina un sitio genera problemas al ser humano, así como a la flora y fauna locales (Hoang et al., 2020). La exposición de la fauna acuática a los hidrocarburos es tóxica para la misma, ya que se ve afectada la biodiversidad, así como la actividad pesquera por las alteraciones en el sistema reproductivo de los animales, alteración endocrina, daños en el ADN y malformación en el embrión (Behera et al., 2018; Wang, Liu, Dai, Luo, & Zhang, 2021). Las plantas que entran en contacto con el hidrocarburo sufren daños, ya que impide que accedan a la luz solar,además de no adquirir los nutrientes que necesitaeimpedirsu desarrollo (Truskewycz et al., 2019).En la salud humana causa efectos negativos como dolor de cabeza, irritación de ojos y piel, dolor de garganta, problemas respiratorios, estornudos, tos, congestión nasal, náuseas, vómito, mareos, diarrea, disfunción renal, osteoporosis, diversos tipos de cáncer (de pulmón y nariz), inclusive causa alteraciones en el ADN (Orish,2021).

Hidrocarburos y sus compuestos

Los hidrocarburos del petróleo también llamados hidrocarburos totales de petróleo (HTP) son clasificados como contaminantes prioritarios según la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés) (Miri, Naghdi, Rouissi, Kaur, & Martel, 2018).Están formados por dos tipos de compuestos de hidrocarburos que son los hidrocarburos volátiles y los extraíbles del petróleo; en el primer grupo se encuentran los hidrocarburos de cadena pequeña, que tienen de 6 a 10 carbonos como el benceno, el tolueno, el etilbenceno y el xileno y el segundo grupo, en donde se encuentran los de cadena larga, que tienen de 10 a 40 carbonos y los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HTPs); estos últimos comprenden a los hidrocarburos alifáticos como los alcanos, alquenos, alquinos y los aromáticos, todos estos compuestos tienen una estructura estable químicamente,por lo que son considerados como recalcitrantes y contaminantes primarios (Hoang et al., 2021).

Bacterias

En la actualidad se ha destacado el uso de microorganismos con capacidad degradadora para poder disminuir la contaminación por hidrocarburos (Sales da Silva et al., 2020). Ejemplo de estos microorganismos son las bacterias capaces de utilizar el contaminante como fuente de energía y convertirlo en sustancias inocuas, lo que les permite remediar sitios contaminados (Rentería Arango & Rosero García,2019).Existen enzimas que les brindan la capacidad de sobrevivir en sitios contaminados con hidrocarburos, como lasenzimas dependientes del oxígeno denominadas monooxigenasas, lo que lesfacilitan un medio para emplear el hidrocarburocomo sustrato (Das & Chandran,2011).

Es importante destacar el uso de las bacterias nativas o autóctonas (figura 1), de gran interés en la degradación de contaminantes; para poder caracterizarlas y conocer mejor el mecanismo de degradación se pueden aislar directo del entorno afectado (Das & Chandran,2011). Dichos microorganismos pueden degradar el contaminante mediante la remediación natural o convirtiéndolos en sustancias menos tóxicas o inocuas para el ambiente; estas bacterias primero degradan los compuestos más sencillos de cadenas lineales y cortas, posteriormente los más complejos,como los aromáticos,los ramificados ocon más de 20 carbonos (Viramontes et al., 2020).

En la tabla 1 se muestran ejemplos de bacterias eficaces empleadas en la biorremediación, otros géneros de estos microorganismos son: Achromobacter, Marinobacter, Actinobacter, Mycobacterium, Arthrobacter, Bacillus, Rhodococcus, Corynebacterium, Micrococcus, Flavobacter, Nocardia, Bravibacterium, Streptococc, Stenotrophomonas, Methylobacteriumy Enterobacter; las cuales se caracterizan por llevar a cabo la síntesis de enzimas con actividad hidrolasa, oxigenasa, desmetilasa, dehalogenasa, transferasa y oxidorreductasa, capaces de catalizar la degradación de los hidrocarburos en condiciones aeróbicas y anaeróbicas (Wang, Wang, & Shaoa, 2018).

Dentro de los mecanismos de biodegradación las bacterias pueden llevar acabo la hidroxilación de los anillos aromáticos del benceno, tolueno, xileno y naftaleno. Además, oxidan las cadenas laterales de alquilo, ya que emplean enzimas oxigenasas como las monooxigenasas y las dioxigenasas para poder llevar a cabo la biodegradación aeróbica; mientras que la degradación anaeróbica es catalizada por bacterias que emplean aceptores terminales de electrones como sulfato, nitrato, manganeso, hierro y CO₂ (Kebede et al., 2022).

Sin embargo, para que la degradación se lleve a cabo de una manera más completa se deben de tomar en cuenta ciertos factores como las características genéticas de las bacterias que se van a emplear, el tamaño, la interacción microbiana (si se emplea cepa única o consorcios), la diversidad microbiana, la sinergia o antagonismo (competencia microbiana), las características del contaminante; por ejemplo, su estructura química, la concentración, biodisponibilidad, grado de toxicidad, además de los factores del sito afectado, como temperatura y pH (Kebede, Tafese, Abda, Kamaraj, & Assefa, 2021).Un ejemplo de lo antes mencionado es que a temperaturas bajas la viscosidad del aceite aumenta; en los hidrocarburos de bajo peso molecular se reduce, lo que da como consecuencia que el proceso de degradación se retrase; por ello es importante considerar estos factores con la finalidad de determinar cuáles son las bacterias remediadoras adecuadas que se podrían emplear en la degradación de los contaminantes (Atlas, 1975).

Mecanismos de degradaciónde los hidrocarburos

Uno de los mecanismos que emplean las bacterias en la biorremediación es la producción de surfactantes; son moléculas que facilitan la degradación del contaminante, debido a que son producidas por organismos vivos se les denomina biosurfactantes; también son llamados tensoactivos, éstos modifican las condiciones de la superficie entre dos sustancias como agua ehidrocarburos, lo que impide que se mezclen y formen una solución homogénea (Viramontes Ramos et al., 2010). El agua y el hidrocarburo no se pueden mezclar debido a que poseen distinto grado de polaridad, ya que la molécula del agua posee átomos de hidrogeno (regiones cargadas positivamente), los cuales son atraídos por el átomo de oxigeno (región cargada negativa) de otras moléculas de agua; por otra parte, los hidrocarburos poseen moléculas no polares, ya que tienen de manera simétrica cadenas de carbonos e hidrógenos, por ello se repelen,prefieren unirse con moléculas semejantes a ellas (De la Rosa, Sánchez, & Ortiz, 2014).

Los biosurfactantes cuentan con grupos hidrofílicos (grupos polares) e hídrofóbicos (grupos no polares), por lo cual poseen afinidad por las moléculas polares y no polares(León, Contreras, & Ramos, 2016). Simplemente dirigen el extremo polar hacia las moléculas de agua y hacia el hidrocarburo el extremo no polar; al reducirse la tensión superficial también disminuyen las fuerzas de repulsión entre las diferentes fases, lo cual permite en este caso que el agua y el hidrocarburo interaccionen y se mezclen. Un ejemplo es el agua, la cual tiene una tensión de 72 dinas/cm, al agregarle un biosurfactante dicho valor puede reducirse hasta 25 dinas/cm (Viramontes Ramos et al., 2020).

Es importante destacar que la tensión superficial puede variar en función de la concentración del biosurfactante, ya que a mayor concentración menos tensión y así el surfactante forma moléculas con una cabeza polar al exterior y una cola no polar al interior pegadas a una partícula en un medio no soluble llamado micela, formada por 50 a 100 monómeros de biosurfactante; esto sucede cuando la interfaz se llena de moléculas de biosurfactante, después unen las colas hidrofóbicas entre síy dejan expuestas las cabezas hidrofílicas; a esto se le conoce como concentración critica de micelas (CMC);en este proceso se centra la capacidad de que el biosurfactante pueda reducir la tensión superficial(Raiger & López, 2009).

Los biosurfactantes dividen la interfaz aire-agua para aumentar el contacto de la cabeza hidrofílica con el agua y poder disminuir el de la cola hidrofóbica; esto se lleva a cabo en concentraciones bajas de CMC. Por el contrario, en concentraciones altas los biosurfactantes comienzan a formar micelas y toda la superficie está saturada formando compuestos hidrofóbicos dentro de éstas,lo que genera las microemulsiones (León et al., 2016). Al proceso cuando una fase líquida se distribuye en forma de gotas microscópicas en otra fase continua líquida se le conoce como emulsión. Derivado del crecimiento de las bacterias en la interfaz agua-aceite, la emulsificación también aumenta el área superficial de las gotas, de esta manera éstas tienen contacto directo con las gotasdel aceite que encapsula el biosurfactante; ha sucedido que estos microorganismos poseen la capacidad de utilizar el hidrocarburo del centro micelar por unión con la membrana celular (Viramontes Ramos et al., 2020).

Las bacterias en condiciones anaeróbicas realizan la degradación más agilizada y completa (figura 2) de los contaminantes orgánicos, el proceso oxidativo, la activación, además de la incorporación de oxígeno da lugar a una reacción enzimática que es de vital importancia; catalizada por algunas enzimas como las oxigenasas y peroxidasas; por otro lado, las vías de degradación transforman a los contaminantes en intercesores del metabolismo intermediario central; un claro ejemplo es el ciclo del ácido tricarboxílico. El acetil-CoA, succinato y piruvato son metabolitos iniciadores centrales que producen la biosíntesis de la biomasa celular, así como mediante la gluconeogénesis se sintetizan azúcares indispensables para diferentes biosíntesis (Fritsche & Hofrichter, 2000; Hommel, 1990).

CONCLUSIONES

En esta revisión se da a conocer la importancia de las bacterias nativas presentes en los sitios contaminados con algún hidrocarburo debido a que estos microorganismos cuentan con el potencial de producir biosurfactantes; moléculas útiles para degradar el contaminante y poder producir sustancias menos tóxicas o inocuas, como el CO₂ y agua. Como se mencionó existen múltiples estudios que demuestran la eficacia de las bacterias para degradar contaminantes como los hidrocarburos, como: Pseudomonas, Actinobacter, Mycobacterium, Arthrobacter, Bacillus, Rhodococcus, Bravibacterium, Streptococc, Stenotrophomonas, Methylobacteriumy Enterobacter, por mencionar algunas. Por ello se considera que dichos microorganismos son una gran opción para implementarse en la técnica de biorremediación de ecosistemas acuáticos,lo que ayudaa mitigar una serie de efectos generadosal ocurrir accidentes como los derrames de hidrocarburos.

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Notas de autor

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