Microorganismos que degradan petróleo hallados en el golfo de México

Por Marytere Narváez

Mérida, Yucatán. 4 de diciembre de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- En el golfo de México, desde la superficie hasta los tres mil 500 metros de profundidad existen bacterias que, mediante diferentes estrategias, degradan el petróleo. ¿Quiénes son? ¿Cómo lo hacen? ¿Cómo podrían llegar a hacerlo en caso de un derrame de crudo? Son algunas preguntas que guían el trabajo de especialistas del Consorcio de Investigación del Golfo de México (Cigom).

Los consorcios microbianos están conformados por diferentes microorganismos que viven coordinadamente para contender con los cambios ambientales, así como para interactuar con otros organismos, como las plantas o animales, entre otros.

Como parte de la línea 4 “Degradación natural de hidrocarburos”, un grupo de investigación conformado por el Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinvestav), el Instituto de Biotecnología (IBt) de la UNAM y el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) se ha encargado de aislar consorcios microbianos del ambiente marino de la columna de agua a diferentes profundidades en el golfo de México.

“Lo que hacemos es poner estos consorcios microbianos a prueba con diferentes tipos de petróleo y en distintas condiciones para evaluar cuáles son sus capacidades. Por ejemplo, si le agregamos un gramo de petróleo, vemos cuánto consumen en un cierto periodo de tiempo, y qué compuestos degradan”, describió Norberto Ulises García Cruz, investigador del Cinvestav, unidad Mérida.

A cuatro años de iniciar el proyecto, se cuenta ya con la caracterización de un consorcio bacteriano aislado de la región de Perdido en el golfo de México, que tiene la capacidad de degradar cinco tipos de petróleo: extraligero, ligero, mediano, pesado y extrapesado. “El extrapesado y el pesado son los más complejos, y no los degradan tan rápido como el ligero y el extraligero”, apuntó José Quinatzin García Maldonado, Catedrático Conacyt comisionado al Cinvestav Mérida.

Colección de microorganismos degradadores de hidrocarburos

Como parte de los resultados obtenidos hasta el momento, los investigadores publicaron el artículo Assessment of the bacterial community structure in shallow and deep sediments of the Perdido Fold Belt region in the Gulf of Mexico, en el que se presentan las comunidades microbianas identificadas en esta región y sus variaciones a diversas profundidades.

“En este trabajo presentamos la caracterización de las comunidades microbianas en sedimentos de 11 estaciones en el polígono de Perdido (golfo de México), en un gradiente de profundidad desde 20 hasta tres mil metros, mostrando cómo van cambiando las poblaciones, cuáles son los grupos que dominan y resaltando que en todas las muestras, independientemente de la estación y la profundidad, existen bacterias que han sido previamente reportadas como degradadoras de hidrocarburos”.

Todo el material biológico aislado por los tres institutos formará parte de una importante colección de microorganismos en la que se incluirán sus descripciones y mecanismos de acción. “Este sería un acervo importante a nivel biotecnológico del proyecto”, indicó García Maldonado.

Las secuencias de identificación de las bacterias se almacenarán en un sitio web en el que se podrá visualizar gráficamente qué bacterias fueron identificadas como parte del proyecto y cuáles pueden ser potencialmente detectadas en el golfo de México, además de que permitirá realizar algunos análisis en línea.

Adicionalmente, esto contribuirá a la generación de la línea base y el monitoreo ambiental, objetivo de la línea 2 del proyecto, que busca poder comparar los efectos de posibles contingencias con el estado actual del ecosistema.

¿Cómo degradan el petróleo?

De acuerdo con García Cruz, el petróleo es una sustancia oleosa, no polar y está conformada por más de mil compuestos. Para degradarlo, las bacterias utilizan diferentes estrategias. Una es la secreción de biosurfactantes que atrapan el petróleo y crean pequeñas micelas para poder consumirlo. Otra consiste en adherirse al petróleo, formando una biopelícula en la que están embebidas las bacterias para consumirlo poco a poco.

“Otra estrategia, que es la que ahora ha tenido más auge o la que se cree que más utilizan, es que las bacterias forman unas pequeñas láminas que se adhieren directo al petróleo y así empiezan a consumirlo poco a poco”, describió el investigador.

“Esperamos que algún día se pueda llegar al objetivo de poder aplicar las bacterias o promover las que ya están ahí. A final de cuentas, esas bacterias se encuentran en el ambiente, en cierta abundancia, pero están ahí. Eso también es parte de lo que nosotros estamos viendo”.

Otra línea de investigación se enfoca en evaluar cómo afectan los dispersantes que se aplican en los derrames. Cuando ocurrió el derrame del Deepwater Horizon, se agregó una gran cantidad de dispersante que afectó tanto las bacterias como otros organismos, por lo que a través de los estudios realizados como parte del Cigom, se busca generar nuevas estrategias para contener un derrame.

¿Cuánto tardan en degradar el petróleo?

Al estar conformado por una mezcla muy compleja de compuestos lineales y compuestos aromáticos, entre otros, una de las preguntas de investigación es cuáles de estos empiezan a degradar primero las bacterias.

De acuerdo con los estudios realizados como parte del proyecto, se ha observado que cuando las bacterias están adaptadas a cierta fuente de carbono, en este caso el petróleo, la degradación es rápida. Otro factor importante son las propiedades fisicoquímicas del petróleo, cuando este es ligero, las bacterias lo degradan muy fácilmente.

“Su velocidad de degradación está entre los 15 a 30 días. En 30 días a veces ya no vemos nada. Pero conforme el petróleo va pasando de extraligero a ligero, mediano, pesado y extrapesado, la eficiencia de las bacterias empieza a decaer”, explicó García Cruz.

Experimentos en mesocosmos.De acuerdo con el investigador, esto ocurre porque la fracción del petróleo que está compuesta por asfaltenos y resinas, aparte de ser altamente recalcitrante, su proporción aumenta en los petróleos medianos, pesados y extrapesados. A pesar de que se ha visto que algunas bacterias lo pueden consumir, lo hacen a una velocidad muy lenta.

“¿A qué tiempo? Puede tardar hasta cientos de años en que se pueda degradar ese tipo de compuestos. Entonces la velocidad de degradación va a depender del tipo de petróleo”.

Concesiones de extracción de petróleo ligero

Uno de los intereses principales del Cigom es la degradación del petróleo ligero, debido a que las concesiones otorgadas a la iniciativa privada como resultado de la reforma energética están enfocadas en la extracción de petróleo ligero en el golfo de México.

Según García Cruz, un aspecto fundamental en la degradación del petróleo es la fracción de los compuestos aromáticos (compuestos de dos a ocho anillos), pues algunos de estos están catalogados como cancerígenos y afectan tanto al humano como a otros organismos.

“Nos interesa ver qué sucede con ellos y si las bacterias tienen la capacidad de degradar. Hasta ahora ha habido reportes de que las bacterias tienen la capacidad de degradar esos compuestos aromáticos y que también nosotros hemos observado en nuestros experimentos. Eso es hasta cierto punto una buena noticia”.

Evaluación de consorcios a diferentes profundidades

Hasta el momento, se han logrado aislar consorcios a cuatro grados Celsius, temperatura que existe en zonas profundas del mar y en donde han ocurrido derrames como el de la plataforma Deepwater Horizon (ubicada a alrededor de mil 500 metros de profundidad).

Para Ulises García Cruz, los experimentos que se realizan por parte del proyecto representan una pequeña aproximación a lo que sucede en el ambiente, pues un factor limitante, en el caso de las muestras de aguas profundas, es el cambio de presión que ocurre cuando se extraen las muestras desde las profundidades.

“Cuando nosotros extraemos la muestra, por el cambio de presión perdemos una parte importante de la comunidad microbiana. Por desgracia, es un parámetro que no podemos controlar, pero al menos podemos de ahí rescatar algunas y ver cuál es su capacidad”.

En la columna de agua, que es la zona donde se presenta la menor concentración de oxígeno, se han logrado aislar bacterias anaerobias facultativas. De igual manera, los investigadores han aislado consorcios bacterianos de la superficie del mar para estudiar su eficiencia de degradación de hidrocarburos.

Actualmente, los investigadores trabajan en la evaluación de la degradación de hidrocarburos por parte de bacterias anaerobias en condiciones anóxicas. “Ya se ha reportado que el petróleo que llega y se queda en las zonas de manglares y sedimentos costeros, generalmente —unos pocos centímetros abajo de la superficie— ya son condiciones anóxicas y solo organismos que tienen la capacidad de vivir sin oxígeno pueden consumir el petróleo”, apuntó García Maldonado.

Experimentos en mesocosmos

En las primeras fases del proyecto, se llevaron a cabo experimentos en microcosmos (reactores de 60 mililitros y dos litros). De acuerdo con José García Maldonado, entre enero y febrero del próximo año se arrancará con el primer experimento en mesocosmos (con volúmenes de un metro cúbico) enfocado en la degradación del petróleo y la aplicación de diferentes tratamientos.

Estaciones de monitoreo en Polígono Perdido.“Uno es inocular el sistema con nuestro consorcio para ver si es capaz de crecer y ayudar a limpiar ese petróleo. La otra es fertilizar, adicionando nutrientes para que la misma comunidad microbiana nativa de la columna de agua crezca y entonces pueda consumir más petróleo. Y la tercera es la combinación de ambas. Ahora estamos creciendo el consorcio, midiendo los nutrientes y esperemos que en los próximos meses salga”.

“Sobre eso, falta hacer más estudios donde se vean las interacciones con los otros microorganismos, la competencia con la fuente de carbono y la depredación, porque no nada más están estas bacterias, sino que hay toda una serie de virus y hongos que también consumen el petróleo”, agregó García Cruz.

De acuerdo con el investigador, aún es necesario realizar más estudios y contar con la tecnología adecuada para evaluar la respuesta de los microorganismos a ambas estrategias.

“Cuando tienes un consorcio en un reactor están en su zona de confort, arropados, les das de comer, está muy bien. Pero cuando las saques de ahí, van a sentir un cierto estrés, entonces va a decaer su eficiencia. Es necesario saber cuánto va a decaer y cuánto tiempo va a tardar en recuperarse, o si ya no se recuperan”.

Respecto de la segunda estrategia, es necesario evaluar aún qué tantos nutrientes se tienen que proveer, pues se podría correr el riesgo de favorecer a comunidades que no puedan degradar el petróleo.

Algunos de los resultados con que se cuenta al día de hoy es un artículo publicado, uno sometido y tres en proceso, además de la importante experiencia obtenida en los cruceros oceanográficos. “De manera general estamos en la fase terminal de este proyecto, tenemos ya mucha información y lo que estamos haciendo es concretar todo esto en diferentes historias científicas para darlas a conocer”, explicó García Maldonado.

Para García Cruz, estos resultados constituyen los cimientos para que, en un futuro, se puedan desarrollar estrategias biotecnológicas para propagar consorcios microbianos que se puedan aplicar en derrames. “Ahora estamos poniendo los cimientos, ver qué es lo que hacen, cómo lo hacen, quiénes están”.