La biorremediación tras una catástrofe ecológica

Mestres E, Ribó J, Roqueta K, Solé N, Vicente S, Vila M

Los vertidos accidentales de residuos tóxicos son uno de los mayores problemas ecológicos y que más polémica suscitan a nivel político. Ante tales catástrofes, las primeras medidas consisten en impedir el avance del vertido y en su extracción mecánica. No obstante, cada vez se emplean más las técnicas de biorremediación.

La biorremediación consiste en la limpieza de contaminantes ambientales mediante el uso de microorganismos autóctonos o inoculados expresamente y suplementos para su crecimiento. [1,2] Las técnicas de biorremediación son: [3-7]

• Bioestimulación: Adición de nutrientes (N, P, Fe, etc.) y activadores del crecimiento de la microbiota petroleolítica autóctona.
• Bioaumentación: Adición de microorganismos degradadores de petróleo al medio contaminado.

Se debe tener en cuenta que algunos microorganismos son capaces de utilizar fracciones del petróleo como única fuente de carbono, otros sólo lo hacen en presencia de otro sustrato carbonado y algunos producen compuestos tensoactivos que aumentan la superficie de contacto agua-petróleo acelerando la degradación. [1]

El éxito del procedimiento dependerá de la habilidad para establecer y mantener las condiciones que favorecen la biodegradación del crudo y de las concentraciones de nutrientes y microorganismos. [5,8]

Para aplicarla existen dos tipos de aproximaciones: [9]

• In situ: Tratamiento del medio contaminado en el propio entorno mediante sistemas de bombeo de nutrientes, inoculación de bacterias y/o aireación del terreno.
• Ex situ: Extracción del medio contaminado y tratamiento de éste en biorreactores o plantas de tratamiento.

El naufragio del Prestige

El 13 de Noviembre de 2002, el petrolero Prestige se hundió a 240km de la costa gallega derramando entre 60.000 y 80.000 toneladas de fuel [3] Fig. 1. La composición del vertido era la siguiente: [4]

La limpieza de la costa se inició con la extracción manual del chapapote, seguida de hidrolimpieza y, en algunas zonas, biorremediación. [3,4,5,10,11] Pero el problema fundamental del fuel vertido era su alta proporción de asfaltenos, productos difíciles de degradar por los organismos aunque de escasa toxicidad o biodisponibilidad. [11]

Al caracterizar las poblaciones bacterianas autóctonas, se detectó que la mayoría pertenecían a los siguientes filums: [3,4,12]

En los bioensayos realizados en la isla de Sálvora (Parque Nacional Marítimo-Terrestre de las Islas Atlánticas, Fig.2) se combinaron técnicas de bioestimulación y bioaumentación. [1,3,4,5,9,10,11,12] En el primer caso se usaron fertilizantes oleofílicos que proporcionan nutrientes a la interfase existente entre el agua y el petróleo, que es donde se produce la degradación. [3,13] En varios bioensayos se usó el S-200 (7,9% de N y 0,6% de P) que consiste en una microemulsión de una solución saturada de urea en ácido oleico (fuente de N), un éster fosfato oleofílico (surfactante y fuente de P) y un reductor de la viscosidad. Este fertilizante estimula selectivamente los degradadores de hidrocarburos, pero no otras clases de microorganismos, promoviendo así una selección natural hacia este tipo de degradadores. Su efectividad puede ser incrementada mediante la acción de bacterias como Ochrobactrum anthropi, que produce exopolímeros con capacidad emulsionante del crudo. [8,14,15]

Diez meses después del naufragio se analizaron muestras de arena y rocas antes del tratamiento con S-200 y se observó que contenían una baja concentración de alcanos de cadena corta (debido a factores meteorológicos), pero una alta presencia de alcanos de cadena larga. Pasados unos meses y después de aplicar el fertilizante, la concentración general de alcanos (tanto de cadena corta como larga) se vio reducida, al igual que los PAH’s (hidrocarburos poliaromáticos) y sus derivados alquilados. [15]

En cuanto a la bioaumentación, diversas áreas fueron inoculadas con microorganismos petroleolíticos tanto autóctonos como alóctonos, junto con suplementos nutricionales. [3,4,9] Algunos ejemplos de este tipo de tratamientos fueron el Nimasco (preparado fertilizante y consorcio bacteriano autóctono), Bio-systems (preparado de fertilizante y Pseudomonas putida) y Putidoil. [9] Este último es un material liofilizado con al menos tres cepas de P.putida, nutrientes y crioprotectores convencionales. [1]

Pseudomonas putida es una bacteria no patógena, aeróbica, Gram-negativa, que crece adecuadamente a 25-30ºC. Es capaz de usar múltiples compuestos orgánicos como fuente de carbono y energía y puede presentar, en algunas cepas, plásmidos que le confieren ventajas para sobrevivir en determinados ambientes. [1,2] Algunos de los más relevantes son el plásmido OCT, codificante para las enzimas que convierten alcanos en alcohol, y el NAH7, que confiere capacidad para degradar PAH’s en salicilato y posteriormente en piruvato y acetaldehído. Estas características permiten a P. putida cambiar la composición de sus ácidos grasos y así generar una respuesta adecuada al entorno. [8,16] Sin embargo, para poder degradar los contaminantes, primero deben internalizarse los hidrocarburos y esto es posible gracias a un canal de membrana formado por la proteína TodX unida a moléculas anfipáticas. [7,17]

El análisis de los resultados obtenidos mostró que las formulaciones de Bio-systems y Putidoil, ambas técnicas de bioaumentación, eliminaron de forma casi total el fuel en un periodo de unos 15-17 meses mientras que la bioestimulación con S-200 demostró la misma capacidad en un periodo de sólo 6-7 meses. [4]

En definitiva, la biorremediación se ha planteado como una alternativa de restauración ambiental recomendable para eliminar hidrocarburos tras su limpieza física o mecánica. Es un proceso lento (meses o incluso años) pero muy económico si se efectúa adecuadamente y respetuoso con el medio ambiente. Sin embargo, la biodegradación incompleta puede generar intermediarios metabólicos inaceptables, con un poder contaminante similar o incluso superior al producto inicial. Además, hay quien se opone a la biorremediación argumentando que la adición de nutrientes al medio puede promover la eutrofización de la zona.

Nosotros consideramos que es un buen método, pero no debemos olvidar que al introducir microorganismos o al favorecer su crecimiento podría provocarse un desequilibrio del ecosistema sin saber exactamente las repercusiones que conlleva. Debido a la riqueza económica y a la gran biodiversidad de las costas gallegas, pensamos que los riesgos que supone la aplicación de la biorremediación son asumibles tras el vertido del Prestige, ya que ésta favorecería una recuperación más rápida de la zona.

Bibilografía

[1] Murado MA, Mirón J, Gonzalez MP Tratamiento microbiológico de la contaminación por petróleo en ambientes marinos. Estudio de su posible optimización. En: Seguimiento de la contaminación producida por el accidente del buque Aegean Sea. Madrid; Centro de publicaciones, Ministerio de Medio Ambiente; 1996.p. 168-185.

[2] Madigan MT, Martinko JM, Dunlap PV, Clark DP. Brock. Biology of microorganisms. 12ª ed. San Francisco: Pearson; 2009.

[3] Jiménez N, Viñas M, Bayona JM, Albaiges J, Solanas AM. The Prestige oil spill: bacterial community dynamics during a field biostimulation assay. Appl Microbiol Biotechnol. 2007; 77(4): 935–945. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17943279

[4] Ministerio de medio ambiente. Memoria anual 2003. Parque Nacional marítimo-terrestre de las Islas Atlánticas de Galicia: organismo autónomo parques nacionales; 2003.

[5] Fernández-Álvarez P, Vila J, Garrido JM, Grifoll M, Feijoo G, Lema JM. Trials of bioremediation on a beach affected by the heavy oil spill of the Prestige. J Hazard Mater. 2006; 137(3): 1523–1531. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16730898

[6] Swannell RP, Lee K, McDonagh M. Field evaluations of marine oil spill bioremediation. Microbiol Rev. 1996 Jun; 60(2): 342-65. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8801437

[7] Rodríguez JL, Sánchez J. Biorremediación: Fundamentos y aspectos microbiológicos. Industria y Minería, 2003; 351: 17-21. Disponible en: http://ingenierosdeminas.org/docu/documentos/fundamentos_%20biorremediacion.pdf

[8] Van Hamme JD, Singh A, Ward OP. Recent advances in petroleum microbiology. Microbiol Mol Biol Rev. 2003 Dec; 67(4): 503-49. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14665675

[9] Rodríguez JL, Sánchez J. Biorremediación: aspectos tecnológicos y aplicación al vertido del Prestige. Industria y Minería, 2003; 351: 17-21. Disponible en: http://ingenierosdeminas.org/docu/documentos/aspectos_tecnologicos_%20biorremediacion.pdf

[10] Peñalver L, Heredia B, Cantos FJ. Informe final. Galicia: centro de investigaciones submarinas, S.L.: 2006.

[11] Rodríguez E. Actuaciones realizadas en el Parque Nacional de las Islas Atlánticas de Galicia consecuencia de la catástrofe del buque Prestige. Vigo: Organismo Autónomo Parques Nacionales, Ministerio de Medio Ambiente; 2005.

[12] Alonso-Gutiérrez J, Figueras A, Albaigés J, Jiménez N, Viñas M, Solanas AM, Novoa B. Bacterial communities from shoreline environments (costa da morte, northwestern Spain) affected by the prestige oil spill. Appl Environ Microbiol. 2009 Jun;75(11): 3407-18. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19376924

[13] Fernández-Álvarez P, Vila J, Garrido JM, Grifoll M, Feijoo G, Lema JM. Evaluation of biodiesel as bioremediation agent for the treatment of the shore affected by the heavy oil spill of the Prestige. J Hazard Mater. 2007; 147(3): 914–922. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17360115

[14] Calvo C, Silva-Castro GA, Uad I, García Fandiño C, Laguna J, González-López J. Efficiency of the EPS emulsifier produced by Ochrobactrum anthropi in different hydrocarbon bioremediation assays. J Ind Microbiol Biotechnol. 2008 Nov; 35(11):1493-501. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18784947

[15] Jiménez N, Viñas M, Sabaté J, Díez S, Bayona JM, Solanas AM, Albaiges J. The Prestige oil spill. 2. Enhanced biodegradation of a heavy fuel oil under field conditions by the use of an oleophilic fertilizer. Environ Sci Technol. 2006 Apr 15; 40(8): 2578-85. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16683595

[16] Härtig C, Loffhagen N, Harms H. Formation of trans fatty acids is not involved in growth-linked membrane adaptation of Pseudomonas putida. Appl Environ Microbiol. 2005 Apr;71(4):1915-22. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15812020

[17] Hearn EM, Patel DR, van den Berg B. Outer-membrane transport of aromatic hydrocarbons as a first step in biodegradation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Jun 24; 105(25): 8601-6. Epub 2008 Jun 16. Disponible en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18559855

Lluitant per un món lliure de polio

Esteve A, Fernández A, Llobet M, Rubio T, Valmaseda A

Davant l’èxit de l’eradicació de la verola el 1979, l’any 1988 es va iniciar el programa Global Polio Erradiaction Initiative amb l’objectiu de finalitzar la lluita contra el poliovirus l’any 2000. Tot i així, la campanya s’ha allargat més del que es preveia i avui dia es continua lluitant per a la seva eradicació.

Per què eradicar la poliomielitis?

La poliomielitis és una malaltia causada per l’Enterovirus poliovirus, comunament anomenat virus de la polio o poliovirus, que afecta preferentment a les motoneurones de l’asta de la medul·la espinal i/o del tronc cerebral en nens menors de 5 anys. La infecció primària es caracteritza per afectar la mucosa gastrointestinal, presentar símptomes gripals i, després, un cop arriba al sistema nerviós (SN), causar febre alta, miàlgia i anorèxia, entre d’altres. No obstant, un 95% dels individus infectats són asimptomàtics i un 1% desenvolupa debilitat flàccida i paràlisi espinal amb predominança asimètrica al membre inferior. En alguns casos pot donar lloc a problemes respiratoris per afectació bulbar i produir la mort per fallida respiratòria. En el 80% dels casos, anys després es dóna el Síndrome Post-Polio (PPS), comportant problemes ortopèdics i neurològics i insuficiència respiratòria. Encara que s’estan desenvolupant antivirals, no es disposa de cap tractament que reverteixi la malaltia: d’aquí la importància de la prevenció. [1][2][3]

Abans del 1988 la poliomielitis era present a tot el món, amb més de 350.000 nous casos cada any. Per tal de reduir la seva incidència es va optar per eradicar la transmissió del poliovirus per, en un futur, deixar d’immunitzar a la població. Això suposaria un estalvi mundial de 1.500 milions de dòlars americans anuals. La vacunació de la població mundial menor de 5 anys ha permès una reducció del 98% dels casos en 21 anys de campanya (1606 casos el 2009).

En ser una malaltia que afectava a nivell mundial, el projecte va ser recolzat i subvencionat per la World Health Organization (WHO), Rotary International, US Centers for Disease Control and Prevention (CDC), UNICEF, Bill & Melinda Gates Fundation, altres ONGs i empreses privades i pels governs dels països afectats per poliomielitis. Tot i així, els objectius marcats pel 2000 no es van assolir, ja que Europa no estava lliure de poliovirus i hi havia països d’Àfrica i Àsia on es considerava endèmic. Des d’aleshores s’ha aconseguit reduir a 4 el nombre de països on la malaltia és endèmica. Actualment s’estan duent a terme campanyes exhaustives a nivell econòmic i humà en aquestes regions. [5]

Per què es pot eradicar la poliomielitis?

El virus de la polio, de la família Picornaviridiae, està constituït per una càpside petita (20-30nm de diàmetre) de simetria icosaèdrica i sense embolcall lipídic, que engloba ssRNA amb polaritat positiva (d’unes 7,4Kb). Presenta una alta taxa de mutació, característica dels virus d’RNA, que es tradueix en una gran diversitat antigènica; de fet, existeixen 3 serotips virals prevalents: wild poliovirus type 1 (WPV1), type 2 (WPV2) i type 3 (WPV3), sent tots tres molt infecciosos i el primer el més comú arreu del món. [6]

Es tracta d’un paràsit obligat d’humans, entre els que es transmet predominantment via oral-fecal. Infecta les cèl·lules que expressen el receptor CD155 o poliovirus receptor (PVR), present en cèl·lules del sistema immunitari o del SN central. [7][8]

Es considera que aquest virus és eradicable per causar una simptomatologia aguda fàcilment recognoscible, no tenir reservori extern a l’ésser humà i no presentar resistència a condicions externes. A més a més, l’eradicació és factible perquè existeixen dues vacunes: la inactivated polio vaccine (IPV), desenvolupada per Jonas Salk (1955); i la oral polio vaccine (OPV), desenvolupada per Albert Sabin (1963). Ambdues s’han d’administrar en múltiples dosis per ser efectives, però la OPV és més emprada perquè presenta més avantatges. Tanmateix, a llarg termini, el virus atenuat que conté és genèticament inestable i pot acumular mutacions que reactivin la seva neurovirulència, donant lloc als vaccine-derived polioviruses (VDPVs), que poden causar nous brots epidèmics. [3][4]

Quina és la situació actual i les perspectives futures?

Actualment, l’eradicació es troba estancada perquè han aparegut nous casos a països considerats lliures de poliovirus i perquè no s’ha aconseguit reduir el nombre de països on és endèmica. Per aquest motiu, s’han de mantenir i ampliar les campanyes de vacunació (nova campanya intensiva 2010-2012). [9]

En el mapa es distingeixen quatre països on la transmissió del polivirus mai ha estat interrompuda i, per tant, es considera que hi és endèmica:

- El 2009 Nigèria va presentar 388 casos dels 1606 registrats arreu del món (24%). Tot i això, moltes famílies es neguen a vacunar els infants al·legant motius ètico-religiosos o per l’existència de rumors sobre que la vacuna conté el virus VIH i causa infertilitat. Per això, ha sorgit la iniciativa de parlar amb polítics i líders espirituals del país perquè col·laborin en conscienciar la població.[10]

- A l’Índia (46% dels casos el 2009) no s’entén la necessitat de rebre més d’una dosi de vacuna i sospita que hi ha motivacions ocultes rere la campanya, com ara desviar l’atenció d’altres problemes i malalties que aguaiten el país. També es va estendre el rumor que causa infertilitat, és perjudicial i ineficaç. [11]

- Fins ara, a Pakistan (6% dels casos el 2009) la vacuna era administrada per persones alienes a la comunitat o equips formats únicament per homes que provocaven la reticència de les dones a vacunar els seus fills. A això se sumen els conflictes armats i la inaccessibilitat geogràfica. [11]

- A Afganistan (2% dels casos el 2009) s’està fent un gran esforç humanitari, tot i tractar-se d’un país insegur. [6][12]

Finalment, volem plantejar una sèrie de temes controvertits:

Per començar, no està clar quan s’ha d’aturar la immunització: es considera que l’absència de poliovirus durant 3 anys de màxima vigilància certifica l’eradicació, però el tema que genera més debat és la manca d’estudis sobre la supervivència del virus en permafrost i aigües residuals i el seu manteniment en laboratoris d’alta seguretat.[4][13]

Una altra qüestió preocupant és el possible augment dels casos de poliomielitis si s’atura la immunització sense arribar a l’eradicació o si, havent-se eradicat el WPV, els VDPVs generessin brots epidèmics en la població no immunitzada. Per aturar-ne la transmissió, caldria l’ús d’OVP que alhora, acabaria donant lloc a més VDPVs. Aquesta situació s’anomena “la paradoxa de la polio”. [14][3]

A més a més...

Us recomanem aquests mapes que mostren la progressió de la campanya de vacunació fins el 2003: http://www.who.int/features/2004/en/gallery1_popup.htm [15]

Per últim, us aconsellem el reconegut documental “The Final Inch”, de Irene Taylor Brodsky, sobre les dificultats de dur a terme aquesta campanya a l’Índia: http://poliocyl.blogspot.com/2009/04/final-inch-part1-en-espanol-por-sutus.html

Referències:

[1] Trojan DA, Cashman NR. Post-poliomyelitis syndrome. Muscle Nerve. 2005 Jan;31(1):6-19.

[2] Elrod LM, Jabben M, Oswald G, Szirony GM. Vocational implications of post-polio syndrome. Work. 2005;25(2):155-61.

[3] Heinsbroek E, Ruitenberg EJ. The global introduction of inactivated polio vaccine can circumvent the oral polio vaccine paradox. Elsevier. 2010; 28: 3778-3783.

[4] Chumakov K, Ehrenfeld E, Wimmer E, Agol VI. Vaccination against polio should not be stopped. Nature Reviews. 2007; 5: 952-957.

[5] World Health Organization. Weekly epidemiological record. Distribution and geographical location of wild poliovirus cases worldwide, 2009. 2010; 20: 178-184.

[6] U.S. Department of health and human services. Centers fos Disease Control and Prevention. Morbidity and Mortality Weekly report. Progress Toward Interruption of Wild Poliovirus Transmission Worldwide. 2010; 59: 545-546.

[7] Ingraham L. Introduction to microbiology. 2a edició. Pacific Grove : Brooks/Cole; 2000.

[8] Iwasaki A, Reinhold W, Mueller S, Linehan M, Nomoto A, Wimmer E. Immunofluorescence Analysis of Poliovirus Receptor Expression in Peyer’s Patches of Humans, Primates and CD155 Transgenic Mice: Implications for Poliovirus Infection. The journal of infectious diseases. 2002; 186: 585-592.

[9] World Health Organization. Weekly epidemiological record. 2010; 1-2: (85) 1-12.

[10] World Health Organization. Weekly epidemiological record. 2009; 43: (84) 445-452.

[11] Obregón R, Chitnis K. Achieving polio eradication: a review of health communication evidence and lessons learned in India and Pakistan. Bull World Health Organ 2009; 87: 624-630.

[12] World Health Organization. Weekly epidemiological record. 2010; 11: (85) 93-108.

[13] Aylward RB,Hull HF,Cochi SL, Sutter RW, Olivé JM i Melgaard B. La erradicación de enfermedades como estrategia de salud pública: el caso de la erradicación de la poliomielitis. Bulletin of the World Health Organization. 2000, 78 (3): 285–297.

[14] Editorial Nature Reviews. Eradicating infectious diseases in 2010. 2010; 8: 2-3.

[15] World Health Organization (seu web). Nacions Unides: WHO; 2004 [accés: 21 de Maig del 2010]. Polio eradication: now more than ever, stop polio forever [2]. Disponible a: http://www.who.int/features/2004/polio/en/