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Biorremediación
Biorremediación
La biorremediación es un proceso que utiliza microorganismos, plantas u otros organismos vivos para descomponer o transformar contaminantes ambientales en sustancias menos tóxicas e inofensivas. Se utiliza para limpiar suelos, agua y aire contaminados por químicos tóxicos como hidrocarburos, metales pesados o pesticidas, siendo considerada una alternativa más ecológica que los métodos de limpieza tradicionales.
El proceso implica reacciones redox que reducen y oxidan los contaminantes no deseados y se pueden distinguir el tratamiento biológico aeróbico y anaeróbico. El tratamiento biológico aeróbico se realiza en presencia de oxígeno para descomponer contaminantes orgánicos como los hidrocarburos. En este caso, los microorganismos aeróbicos utilizan los contaminantes como fuente de energía y los convierten en dióxido de carbono y agua. Por otro lado, el tratamiento biológico anaeróbico se produce en condiciones libres de oxígeno y se utiliza para descomponer contaminantes orgánicos e inorgánicos como los metales pesados.
Usos de los microorganismos
Eliminación de mareas negras: Los desechos residuales de petróleo crudo provocan la destrucción de innumerables ecosistemas marinos creando lo que conocemos como mareas negras y acabando con la fauna y la flora de las zonas en las que se encuentra. Como respuesta a estos destrozos, investigadores europeos crearon la llamada Kill.Spill (soluciones biotecnológicas para limpiar derrames de petróleo usando microbios). Gracias a las investigaciones relizadas se han podido transformar microorganismos del propio ambiente en el que se encontraba en pretóleo para degradarlo. Este último hecho es muy importante pues los microbios deben escogerse del propio entorno afectado pues organismos de otros entornos pueden ser incluso peores que los propios contaminantes. Conocemos numerosos microorganismos capaces de desintegrar el crudo y, entre los que se destacan se encuentran: Pseudomonas sp, los Rhodococcus sp y las Burkholderia sp en el caso de hidrocarburos y derivados del petróleo o la Geobacter sulfurreducens en el caso de aguas contaminadas con radiactividad.
Depuración de aguas residuales: Las aguas residuales, causadas por sus usos domésticos (heces, orina, aceites, desperdicios...), urbanos (aguas de lluvia o pluviales) e industriales, son recogidas en la redes de acantarillado y saneamiento para ser depuradas posteriormente en las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR). Es gracias a estas instalaciones que el agua puede devolverse al río con las mejores condiciones posibles de forma artificial, simulando la autodepuración natural en un periodo más breve de tiempo. Y, mediante procesos como desbaste y tamizado, desarenado y desengrasado, tratamiento primario, tratamiento secundario o biológico, decantación secundaria, tratamiento terciario y línea de fangos, el agua se depura de la mejor manera posible hasta quedar casi tan limpia como al principio. Además, bacterias, hongos y protozoos, son esenciales en la depuración de aguas residuales porque descomponen la materia orgánica y los contaminantes en sustancias más simples e inofensivas, reduciendo la carga contaminante y permitiendo la clarificación del agua mediante la formación de lodos.
Compostaje: El compostaje es un proceso biológico aeróbico (en presencia de oxígeno) que, bajo ventilación, humedad y temperatura controladas, convierte los residuos orgánicos descompuestos en un material estable e higiénico llamado compost que puede utilizarse como aditivo orgánico. El proceso de compostaje simula la transformación natural de la materia orgánica, permitiendo unificar materiales, reducir su peso y volumen y esterilizarlos. Este tratamiento ayuda a restaurar la materia orgánica del suelo y reintegrarla a los ciclos naturales. El proceso de descomposición se basa en la actividad de microorganismos como hongos y bacterias y su duración puede variar dependiendo de diversos factores de 10 a 16 semanas.
Este proceso se desarrolla en dos fases clave: descomposición (desaparecen las moléculas más fácilmente degradables liberando energía, agua, anhídrido carbónico y amoníaco) y maduración (las estructuras básicas de las macromoléculas incluirán parte del nitrógeno contenido en los materiales iniciales dando lugar a materia orgánica). Tras el tratamiento se forma el compost a las 6-10 semanas.
https://www.miteco.gob.es/es/calidad-y-evaluacion-ambiental/temas/prevencion-y-gestion-residuos
Lixiviación microbiana: La lixiviación microbiana o biolixiviación es un proceso mediante el cual, utilizando microorganismos, se extraen los metales a partir de las rocas que los contienen. Consiste en la conversión de un metal insoluble, normalmente en forma de sulfuro, por un complejo proceso llevado a cabo por microorganismos acidófilos (Acidithiobacillus, Leptospirillum y Acidiphilium) usados especialmente en minería al permitir una forma económicamente rentable de extraer metales de rocas madre que, de la forma físico-química, no se podría al suponer una cantidad muy grande de dinero. En África, por ejemplo, gran parte del oro se extrae de esta forma.
https://revbigo.webs.uvigo.es/images/revbigo/2007/Rebigo_2007_06.pdf
Bioacumulación: La bioacumulación es el proceso por el cual sustancias químicas (metales pesados como mercurio, cadmio y plomo o pesticidas) se acumulan en un organismo vivo a lo largo del tiempo, a una tasa más alta de lo que puede eliminarlas, a través del agua, aire o alimento, concentrándose en sus tejidos y órganos, y aumentando su concentración en la cadena alimentaria, lo que se conoce como biomagnificación o bioamplificación, afectando la salud de los ecosistemas y humanos. La importancia de la bioacumulación radica en la salud de la vida silvestre y humana, causando problemas neurológicos, reproductivos y otros efectos tóxicos. Sin embargo, los organismos bioacumuladores (dotados de la capacidad de absorber del ambiente determinadas sustancias y almacenarlas en el interior de sus propios tejidos sin eliminarlas mediante procesos metabólicos) se usan como bioindicadores para monitorear la contaminación ambiental.
Diversos tipos de plantas pueden ser utilizadas como bioindicadores. Los más comúnmente utilizados son los líquenes (organismos complejos formados por simbiosis de un hongo y, al menos, un organismo fotosintético), los musgos, coleópteros terrestres (escarabajos) y microorganismos acuáticos.
https://www.quimica.es/enciclopedia/Bioacumulaci%C3%B3n.html
Control de plagas: El control de plagas con microorganismos (control microbiano) usa bacterias, hongos, virus y nematodos patógenos (bioinsecticidas) para enfermedades propias de insectos, controlándolos de forma natural y específica, sin dañar otros organismos ni el medio ambiente, siendo una alternativa sostenible y menos tóxica a pesticidas químicos, con ejemplos como Bacillus thuringiensis (bacteria) para larvas, Baculovirus (virus imag.1) para invertebrados o Beauveria bassiana (hongo entomopatógeno imag.2). Sin embargo, hay un gran defecto en el uso de estos bioinsecticidas pues tienen una gran especificidad, afenctando únicamente a un grupo muy reducido de insectos o a una sola especie.
https://crea.ujaen.es/server/api/core/bitstreams/412e71be-a745-480b-a528-acd3073ee2c1/content
Microorganismos en la industria
Microorganismos en la industria
La industria moderna utiliza microorganismos por su gran capacidad metabólica para realizar reacciones químicas complejas de manera eficaz, específica y económicamente rentable. Las Bacterias, levaduras y hongos son capaces de transformar materias primas simples en productos de gran valor como alimentos, medicamentos, enzimas, vitaminas o biocombustibles. Gracias al desarrollo de la biotecnología y de la ingeniería genética, estos microorganismos pueden ser seleccionados y modificados para optimizar la producción de sustancias de interés industrial, mejorar su rendimiento y garantizar la calidad y seguridad de los procesos. Por ello, el uso de microorganismos constituye una de las bases fundamentales de numerosos sectores industriales, desde la industria alimentaria hasta la farmacéutica y la medioambiental.
En la industria alimentaria
Algunos microorganismos, como el alga Chlorella, tienen una alta capacidad de multiplicación y se distinguen por poseer elevados niveles de proteínas, vitaminas y minerales; por lo tanto, en Japón se cultivan en grandes volúmenes para ser ingeridos tanto por humanos como por animales. No obstante, los productos que generan más inquietud son los derivados de la transformación microbiana de alimentos a través de fermentación (proceso de oxidación parcial realizado por microorganismos como bacterias y levaduras, pudiendo generar el producto orgánico principal (fermentación homogénea) o diversos productos (fermentación heterogénea)) o respiración aeróbica con oxidación incompleta del sustrato.
Chlorella
La chlorella es un alga verde unicelular de agua dulce, considerada un "superalimento" por su alta concentración de proteínas, vitaminas (B, A, C, E, K), minerales (hierro, zinc, calcio) y antioxidantes, destacando por su capacidad desintoxicante al eliminar metales pesados y toxinas del cuerpo, fortalecer el sistema inmune, mejorar la digestión, la salud cardiovascular y promover la regeneración celular.
https://www.salud.mapfre.es/nutricion/alimentos/chlorella-beneficios
Respiración aeróbica con oxidación incompleta del sustrato
Como ya se ha mencionado, la fermentación es un proceso importante en la industria alimentaria y, de nos ser por los microorganismos, no se produciría tal suceso. Entre los distintos tipos de fermentación encontramos: Fermentación alcohólica y Fermentación láctica.
La fermentación alcohólica se produce a causa de distintos tipos de levaduras (Saccharomyces, Candida... ) sobre sustratos como el zumo de uva que causa la fermentación del vino o cereales para crear cerveza, pues el azúcar presente en el sustrato se oxida y da lugar a etanol y CO2 que proporcionan la efervescencia tan característica de estas bebidas y la esponjosidad del pan.
La fermentación láctica, por otro lado, se produce por las bacterias Streptococcus termophilus y Lactobacillus bulgaricus para la formación de yogur; mientras que, bacterias como Streptococcus cremoris y Streptococcus lactis, transforman la leche cuajada en queso por un proceso lejano de la fermentación láctica llamado hidrólisis parcial de grasas que también hidroliza algunas proteínas por levaduras y mohos (como Penicillium) que crecen en su superficie.
Oxidación del azúcar (glucosa) por un proceso anaeróbico
El ácido láctico también se usa como conservante de los alimentos.
En la industria farmacéutica
Los microorganismos se emplean para la síntesis de un gran número de sustancias de la industria farmacéutica. Podemos citar como ejemplos:
Síntesis de antibióticos: en este área hay tres microorganismos que destacan por su uso en la producción de antibióticos y que son necesarios para la supervivencia de éstos: los mohos, las eubacterias (bacterias comunes) y los actinomicetos (principal fuente natural de antibióticos como la estreptomicina, tetraciclina y eritromicina). Entre los antibióticos más destacados encontramos las penicilinas (elaboradas de forma natural por hongos de los géneros Penicillium y Aspergillus), las cefalosporinas (aisladas, en principio, del hongo Cephalosporium acremonium, y que se caracterizan por su baja toxicidad y por su amplio espectro) y las tetraciclinas (la bacteria Streptomyces aureofaciens produce el principio activo, la clortetraciclina que actúa inhibiendo la producción de proteínas que algunos gérmenes necesitan para multiplicarse ).
https://aulavirtual.iesabyla.es/pluginfile.php/1055/mod_resource/content/
Penicillium
Síntesis de hormonas: Las hormonas son los mensajeros químicos del cuerpo. Viajan a través del torrente sanguíneo hacia los tejidos y órganos, surtiendo su efecto lentamente y, con el tiempo, afectan a muchos procesos distintos, incluyendo el crecimiento y desarrollo, metabolismo, función sexual, reproducción o estado de ánimo.
En la industria farmacéutica destacan las hormonas por su uso en anticonceptivos (testosterona, estrógenos y/o progesterona) por las hormonas bioidénticas caracterizadas por ser exactamente iguales a las hormonas producidas por los ovarios, testículos y glándulas suprarrenales, a menudo extraídas de fuentes vegetales (soja o planta de ñame).
Antiguamente se usó la orina de yeguas preñadas para este tipo de procesos. Sin embargo, hoy se conoce que fue una de las principales causas de cáncer de mama.
Síntesis de Interferón: Los interferones son proteínas que nuestro propio cuerpo sintetiza para la defensa contra infecciones víricas y parasitarias, abriendo las puertas al campo de la Biotecnología y, "en 1999, se fabricaron tres kilogramos, valorados en 4.000 millones de dólares, para el tratamiento de cánceres, infecciones víricas y enfermedades neurodegenerativas." Su nombre característico surge de un experimento en el cual se les inyecta esta sustancia a embriones de pollo y, debido a que el principio activo "interfería" con la replicación vírica la gripe a la que se expusieron los embriones, se llamó Interferón y, actualmente, se usa como agente contra virus y tumores.
Síntesis de vacunas: Las vacunas contienen fragmentos muy pequeños del organismo causante de la enfermedad que se desea tratar, o las "instrucciones" para hacer esos fragmentos. Asimismo, contienen otros ingredientes para mantener la seguridad y la eficacia de la vacuna:
Antígenos: El antígeno (componente activo de la vacuna) genera la respuesta inmunitaria, pudiendo ser una fragmento del agente patógeno, una proteína o azúcar, o el propio organismo atenuado o inactivado.
Conservantes: El conservante más utilizado es el 2-fenoxietanol y éstos ayudan a prevenir la contaminación de las vacunas al abrir los viales que se utilizan para vacunar a muchas personas. Algunas vacunas no contienen conservantes porque se almacenan en viales de dosis única y se desechan después de la inyección.
Estabilizantes: Los estabilizantes previenen reacciones químicas en la vacuna y evitan que los componentes de la vacuna se peguen al vial, puediendo ser azúcares (lactosa, sacarosa), aminoácidos (glicina), gelatinas y proteínas (albúmina humana recombinante obtenida de levadura).
De esta forma encontramos muchos otros componentes que ayudan a mantener mezclados los ingredientes de las vacunas (sustancias tensioactivas), sustancias residuales, diluyentes y coadyuvantes que mejoran la respuesta inmunitaria a la vacuna.
https://www.who.int/es/emergencies/diseases/novel-coronavirus-2019
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