Las bacterias que limpiarán el golfo de México
Por Marytere Narváez
Mérida, Yucatán. 5 de julio de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Uno de los grandes retos en la microbiología ambiental actual es conocer cómo están compuestas las comunidades microbianas y cómo contribuyen con el funcionamiento de los ecosistemas. Como parte del Consorcio de Investigación del Golfo de México (Cigom), investigadores del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (Cinvestav IPN), unidad Mérida, desarrollan el proyecto Análisis de comunidades microbianas en el golfo de México y su aplicación en la degradación de hidrocarburos.
“En particular, en este proyecto realizamos la exploración de la diversidad y función de bacterias en diferentes regiones del golfo de México, con el objetivo de recuperar aquellas que tengan la capacidad de eliminar la contaminación en el ambiente, en particular diferentes tipos de petróleo”, señaló el doctor José Q. García Maldonado, Catedrático Conacyt comisionado en el Departamento de Recursos del Mar de la Unidad Mérida del Cinvestav.
El estudio se inserta en las líneas 2 y 4 del proyecto Implementación de redes de observaciones oceanográficas (físicas, geoquímicas, ecológicas) para la generación de escenarios ante posibles contingencias relacionadas a la exploración y producción de hidrocarburos en aguas profundas del golfo de México, coordinado por el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) y financiado por el Fondo Sectorial Conacyt-Sener / Hidrocarburos.
“Es un estudio a gran escala del golfo de México para tener una línea base del estado de salud actual del ecosistema. Con ello, se comenzará un monitoreo ambiental en regiones de interés comercial para la extracción de hidrocarburos, de tal forma que se pueda tener un registro de los cambios y afectaciones ambientales. Asimismo, se pretende generar alternativas biológicas para combatir la contaminación ante futuros escenarios de derrame de petróleo en el golfo de México”, indicó el investigador.
Colecta de muestras y análisis de biología molecular
Durante los cruceros oceanográficos que se realizan en la península de Yucatán y en el polígono de Perdido, frente a la región de Tamaulipas, los investigadores del Cinvestav Mérida, en colaboración con el Cigom, colectan muestras de sedimentos y de la columna de agua para explorar las comunidades microbianas a través del uso de herramientas moleculares. “Utilizamos principalmente la técnica de secuenciación masiva del gen 16S ARNr para identificar la totalidad de microorganismos presentes en las muestras”, apuntó García Maldonado.
Dr. José Q. García Maldonado.Para el investigador, la biología molecular proporciona una mejor comprensión de la diversidad de bacterias en la naturaleza, lo que permite identificar grupos microbianos con potencialidades biotecnológicas, que pueden ser posteriormente cultivadas en el laboratorio para generar nuevas herramientas de interés en diferentes sectores comerciales, tales como la degradación de hidrocarburos con fines de biorremediación.
“En general, los sedimentos del golfo de México presentan una alta diversidad microbiana que albergan muchas especies bacterianas participando activamente en los diferentes ciclos biogeoquímicos. Sin embargo, nosotros estamos haciendo un acercamiento en las diferentes poblaciones bacterianas que contribuyan con la degradación de hidrocarburos”, indicó.
Como en la mayoría de los ecosistemas, el grupo bacteriano dominante son las proteobacterias, pero también se ha detectado la presencia del género Colwellia, una bacteria que vive en condiciones de baja temperatura (alrededor de cuatro grados Celsius) y que ha sido previamente reportada como degradadora de hidrocarburos a esas temperaturas. Adicionalmente, los investigadores exploran los grupos muy diversos representados en bajas abundancias para contribuir en la descripción de grupos no caracterizados previamente.
De acuerdo con el investigador, hasta el momento han evaluado varias cepas de los géneros Pseudomonas y Alcanivorax para la degradación de hidrocarburos en condiciones de laboratorio, pero también están creciendo bacterias en condiciones carentes de oxígeno (anaerobias) para detectar diferentes metabolismos y grupos microbianos que contribuyan con la degradación de hidrocarburos en esas condiciones. Todo esto en colaboración con la doctora María Leopoldina Aguirre Macedo, el doctor Ulises García Cruz y el doctor Emanuel Hernández Núñez del Cinvestav Mérida.
Proceso de degradación
En palabras del investigador, el petróleo es una mezcla en extremo compleja en la que se encuentran principalmente compuestos hidrocarbonados lineales, aromáticos, asfaltenos y resinas. En particular, se estudia la degradación de hidrocarburos lineales y aromáticos por actividad microbiana, ya que las resinas y asfaltenos son compuestos recalcitrantes difíciles de eliminar.
“De esta mezcla tan compleja existen diferentes pasos o rutas metabólicas para el proceso de degradación. No es que se elimine de un paso a otro, sino que existen diferentes pasos enzimáticos que van formando compuestos menos complejos hasta llegar al dióxido de carbono (CO2) y metano, que es el último paso de la degradación de la materia orgánica”, indicó García Maldonado.
Consorcios microbianos y biosurfactantes para facilitar la degradación de petróleo
Los consorcios microbianos son una mezcla de grupos bacterianos que comúnmente son utilizados en procesos biotecnológicos, donde cada especie de bacterias contribuye con distintas capacidades metabólicas.
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Esta nota es una contribución del Consorcio de Investigación del Golfo de México (Cigom).
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En particular, en el Laboratorio de Patología Acuática y Microbiología del Cinvestav Mérida, se emplean consorcios microbianos aislados de diferentes regiones del golfo de México para mejorar la degradación de petróleo. De acuerdo con García Maldonado, estos consorcios microbianos están presentes en la naturaleza pero en bajas abundancias, por lo que la clave para poder aislarlos en el laboratorio consiste en proporcionarles las condiciones ideales para favorecer su crecimiento a través de medios de cultivos y condiciones de incubación específicos.
“Tienen un periodo de incubación en el laboratorio bajo estas condiciones y los vamos adaptando a este nuevo estilo de vida para que puedan pasar de ser muy bajos en la naturaleza a ser quienes dominen todas estas muestras. Así es como se llega a un consorcio microbiano de manera general”, indicó.
Entre estas diferentes capacidades metabólicas de los consorcios, destacan los grupos bacterianos que producen biosurfactantes, que son compuestos que disminuyen la tensión superficial de los hidrocarburos y con ello hacen que se disperse el petróleo para que sea accesible a otras bacterias que puedan utilizar la gran gota del hidrocarburo.
“Tenemos evidencias por microscopía y biología molecular de este proceso, por eso proponemos utilizar consorcios en vez de especies específicas o individuales para que sea más fácil atacar las diferentes combinaciones de hidrocarburos”, explicó.
Los hidrocarburos se presentan de manera común en la naturaleza debido a las emanaciones naturales (chapopoteras) y a la contaminación antropogénica, por lo que existen bacterias acostumbradas a vivir en esas condiciones. El metabolismo de degradación ocurre en estas condiciones naturales, pero a una velocidad baja. Sin embargo, como consecuencia de la actividad humana, las concentraciones de hidrocarburo pueden elevarse y el metabolismo de estas bacterias no es suficiente para degradarlo en su totalidad.
“Lo que buscamos ahora es cómo hacer para que esa degradación se lleve a cabo a la mayor velocidad posible, al menor costo y sin causar un daño ambiental secundario. Entonces tenemos que monitorear a los microorganismos involucrados en la degradación de hidrocarburos como a los compuestos en los que se transforma el petróleo”, indicó.
Grupo del Centro de Investigación y Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional CINVESTAV IPN que forma parte del Consorcio de Investigación del Golfo de México CIGOM.Con esto se busca garantizar que se puede favorecer un grupo bacteriano de los presentes en la naturaleza adicionando nutrientes, o bien que al introducir un consorcio microbiano de laboratorio pueda mejorar este proceso de degradación cuando interactúe con la población natural.
Desarrollo de estudios experimentales a escala de mesocosmos
El estudio está enfocado principalmente en la interpretación ecológica de los microorganismos en el ambiente; sin embargo, se pretende desarrollar diferentes procesos biotecnológicos a futuro. Para ello, actualmente se trabaja en el desarrollo de experimentos de degradación de petróleo a escala de mesocosmos, con lo que se espera tener una mejor aproximación del problema de contaminación bajo condiciones lo más semejante a las que ocurren en la naturaleza.
“Vamos escalando la complejidad y actualmente estamos a punto de iniciar nuestros experimentos con estanques de dos mil 500 litros de agua de mar. Estamos llevando la investigación hasta lo más aplicado para que eso nos dé una orientación sobre cómo actuar en la naturaleza”, indicó.
En el camino han resultado procesos biotecnológicos importantes, como la caracterización de bacterias con la capacidad de producción de biosurfactantes y bioplásticos, que se continuarán investigando en colaboración con el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM).
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