Bacterias magnéticas para la eliminación de metales pesados del agua

Hola queridos amigos.

La contaminación del agua es un grave problema ambiental que enfrentan todas las naciones y que tiene serias consecuencias para el ambiente y las personas, especialmente las aguas residuales de origen industrial y minero pueden contaminar suelos y cuerpos de agua con metales pesados y radionucleidos, los cuales pueden ser muy tóxicos y acumulables por los organismos que los absorben, por lo que resulta todo un reto actual la remediación de las aguas contaminadas con metales pesados. Si bien la utilización de nanomateriales tiene un gran potencial para el tratamiento de aguas residuales, su uso es muy limitado aun por su compleja producción y altos costos, otra solución más practica podría provenir del uso de microorganismos para la eliminación de metales pesados, y en eso, un grupo de investigadores ha conseguido la bioremediación de agua contaminada con uranio utilizando un tipo de bacterias denominadas magnetotácticas.

Bacterias con propiedades magnéticas harían posible la bioremediación de agua contaminada con metales pesados. Fuente: @emiliomoron, las imágenes del iman y las bacterias son de dominio público.

Los tratamientos químicos suelen ser bastante efectivos para el tratamiento del agua residual, sin embargo conllevan elevados costos y el posterior manejo de residuos tóxicos, por ello se buscan nuevas formas para la remediación de aguas contaminadas con diferentes elementos químicos, especialmente con metales pesados y radionucleidos. Pero, a pesar de que el uso de microorganismos para la bioremediación de aguas contaminadas no es algo nuevo, cada vez son encontrados y probados nuevos microorganismos para diferentes aplicaciones, en este sentido, se han descubierto varios mecanismos de interacción de microorganismos con radionucleidos (átomo que emite radiaciones ionizantes), como la bioadsorción, la reducción enzimática y la biomineralización, que ponen de manifiesto la capacidad de un especial tipo de bacterias como hongos para la eliminación de metales tóxicos.

Y entre las bacterias con esta capacidad, entre otras, se encuentran el grupo denominado baterías magnetotácticas, las cuales estan ampliamente distribuidas en la naturaleza, especialmente en medios acuáticos y sedimentos.

Bacterias magnetotácticas

Estas bacterias constituyen un grupo polifilético de bacterias utilizan las líneas del campo magnético de la Tierra para orientarse, y se cree que utilizan esta alineación para encontrar zonas con optimas concentraciones de oxígeno. Para lograr esto, estas bacterias tienen orgánulos llamados magnetosomas, que contienen cristales magnéticos. Estos magnetosomas son cristales de tamaño nanométrico de un mineral de hierro magnético envuelto en una capa lípidica organizados en cadenas bien ordenadas, esta cadena actua como una brújula que hace que la célula se oriente y nade paralelamente a las líneas del campo magnético, lo que también las hace potencialmente útiles en procesos de separación.

Ejemplo de bacteria magnetotáctica con una cadena de magnetosomas. Fuente: Wikipedia.org.

Las bacterias magnetotácticas se encuentran en casi todos los tipos de medios acuáticos, sedimentos de agua dulce, salobre y marina, donde pueden representar una parte importante de la biomasa bacteriana, y han sido objeto de diversos experimentos, incluso fueron enviadas al espacio, a bordo del transbordador espacial, para estudiar sus propiedades magnéticas en ausencia de gravedad.

Y debido a sus propiedades magnéticas se ha estudiado su aplicación en microbiología, bioquímica, nanotecnología y biomedicina, por ejemplo, se estudió su aplicación para la inmovilización de biomoléculas y administración dirigida de fármacos; pero hasta la fecha no se había propuesto su uso en procesos de remediación del agua contaminada.

Remoción de metales pesados con bacterias

Hasta ahora se conocen pocos estudios sobre los procesos de sorción de metales utilizando bacterias magnetotácticas, sin embargo varios estudios sugieren que estas bacterias podrían comportarse como un potencial biosorbente de metales pesados, en base a ello, un equipo de investigadores del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) estudiaron la acumulación de metales pesados disueltos en las paredes celulares de estas bacterias, orientando su investigación a la posible aplicación de bacterias magnetotácticas en la remediación microbiológica de aguas residuales provenientes de minas de uranio.

Estas bacterias tienen la capacidad de sobrevivir en medios con pH ligeramente ácidos, incluso en soluciones con elevada concentración de uranio disuelto. Y los investigadores pudieron demostrar que las bacterias fijan el uranio a sus paredes celulares, sin que nada de este penetre en la célula. La pared celular de las bacterias magnetotácticas, así como la de la mayoría de las bacterias, está formada por un complejo molecular semirigido compuesto de cadenas entrelazadas de monómeros de peptidoglicano, un polisacárido que contiene aminoácidos.

Estructura molecular del peptidoglicano. Fuente: Wikipedia.org.

Para determinar bioasociación de U(VI) se utilizaron células de Magnetospirillum magneticum AMB-1, y se utilizaron diferentes cantidades de biomasa y una concentración inicial de U(VI) de 0,1 mM. Los resultados obtenidos a partir de la combinación de química húmeda, microscopía y espectroscopía, mostraron un rápido incremento de la bioasociación de U(VI) durante la primera hora para todas las concentraciones de biomasa, a un pH de 6.5 y un tiempo de incubación de 25 horas.

El estudio revelo adsorción de uranio sobre la superficie de la célula. Fuente: @emiliomoron.

Los estudios de bioadsorción revelaron hasta un 95% de eliminación del U(VI) y que posiblemente fue adsorbido en la pared celular, siendo posiblemente el peptidoglicano el ligando implicado en la remoción, mostrando una inmovilización estable del uranio en la solución.

Ahora bien, gracias a que el uranio se fija en la pared celular de la bacteria y a las propiedades magnéticas de estas, es posible hacer una remoción del uranio en el agua contaminada mediante una sencilla separación magnética. Y esto, junto que al hecho de que las bacterias son más fáciles de cultivar y mantener que otros tipos de biomasas, harían de este método una alternativa quizás más eficiente que los tratamientos de purificación convencionales, químicos o biológicos.

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Bueno amigos, espero les haya gustado la información sobre este novedoso método para remover metales pesados del agua contaminada. ¡Hasta la próxima!

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Referencias

Christopher T. Lefèvre and Dennis A. Bazylinski. Ecology, Diversity, and Evolution of Magnetotactic Bacteria. Microbiol Mol Biol Rev. 2013 Sep; 77(3): 497–526.

Wikipedia.org. Magnetotactic bacteria

Wikipedia.org. Peptidoglicano