para desarrollar actividad microbiológicaFuente: datos tomados de Gavrilescu (2005) y Sutar y Das (2012).
Biodegradación de contaminantes orgánicos
El fundamento bioquímico de la biorremediación se basa en que, en la cadena respiratoria o transportadora de electrones de las células, se producen reacciones de óxido-reducción, cuyo fin es la obtención de energía. La cadena se inicia con un sustrato orgánico (contaminantes orgánicos), que es externo a la célula y que es donador de electrones; de modo que la actividad metabólica de la célula degradada consume dicha sustancia. En condiciones aerobias, el oxígeno es el aceptor de electrones más usado por los microorganismos y, en las reacciones anaerobias, los nitratos, el hierro (III), los sulfatos y el dióxido de carbono son los aceptores principales (Maroto y Rogel, 2001).
La biodegradación de compuestos orgánicos en condiciones aeróbicas, tanto en bacterias como en hongos, está catalizada por enzimas oxidoreductasas e hidrolasas. Las bacterias usan enzimas monooxigenasas, dioxigenasas, deshidroclorinasa, fosfatasas e hidrolasas, entre otras (Das y Chandran, 2010; Lovecka et al., 2015; Kumar et al., 2018). Los hongos utilizan monooxigenasas, celulasas, xilanasas, manganeso peroxidasas y catalasas para metabolizar estos contaminantes (Govarthanan et al., 2017; Al-Hawash et al., 2018).
El metabolismo de estos compuestos inicia en la interacción con las células microbianas, sea con o sin producción de surfactante. Luego, mediante enzimas intra o extracelulares, las rutas bioquímicas inician la degradación de los compuestos y la obtención de energía. Gracias a estos procesos metabólicos se realiza la regeneración, mantenimiento o reproducción celular, que significará aumento en la biomasa y consiguiente reducción de la concentración del contaminante (figura 3). Paso a paso, las vías de degradación periférica convierten los contaminantes orgánicos en intermediarios del metabolismo central, por ejemplo, el ciclo de Krebs. La biosíntesis de la biomasa celular se produce a partir de los metabolitos precursores centrales, por ejemplo, acetil-CoA, succinato y piruvato (Yuniati, 2018). Para trazar esta ruta de degradación, será necesario que las condiciones ambientales y parámetros fisicoquímicos no limiten el desarrollo celular.
Figura 3. Degradación aerobia de contaminantes orgánicos por microorganismos
Fuente: datos tomados de Rockne y Reddy (2003) y Das y Chandran (2010).
La biodegradación de un contaminante es un proceso complejo y su resultado dependerá de la interacción de diferentes factores, como la estructura química del compuesto, las condiciones ambientales, los microorganismos y su abundancia, la absorción, movilidad, disponibilidad y solubilidad del compuesto, la interacción con otros compuestos en el suelo, el metabolismo, cometabolismo y el efecto de aclimatación (Gavrilescu, 2005).
Escalamiento del laboratorio al campo
Para aplicar la tecnología de biorremediación en campo, es indispensable llevar a cabo la caracterización inicial de los parámetros fisicoquímicos del suelo y determinar el tipo de acondicionamiento requerido en el desarrollo microbiológico del sitio contaminado. Asimismo, es necesario realizar una exploración microbiológica a partir de la cuantificación de los microorganismos presentes, la cual incluye pruebas de biofactibilidad, así como los estudios de biodegradabilidad en laboratorio. En su conjunto, esta información predice el tiempo que tomará la biodegradación en campo y si existen potenciales especies degradadoras de los contaminantes objetivo (Hernández et al., 2006). Además, con estas pruebas, se sabría si se complementarían los tratamientos del suelo mediante otras técnicas de remediación, como bioventeo, bioaumentación, composteo o adición de compuestos, como surfactantes, para facilitar la degradación.
Una de las dificultades para crear estrategias de biorremediación radica en obtener buenos resultados en el campo y en el laboratorio (Juhasz et al., 2000). Sin embargo, mediante bases teóricas, pruebas previas en laboratorio y a nivel piloto, seguimiento del tratamiento y experiencia, incrementaría el éxito de la biorremediación en sitio reales contaminados. Se debe tomar en cuenta que los procesos biológicos, en algunas ocasiones, son lentos, por lo que la biorremediación no es la primera opción en aquellos sitios donde, por razones económicas, políticas o ambientales, es necesaria una rápida limpieza del lugar contaminado (Garzón et al., 2017). Además, se requiere precaución en la gestión y uso de esta técnica cuando se usan productos microbianos que alteran el sistema ecológico del suelo (Nueva Ley DOF, 2005; de Lorenzo, 2015).
Elekwachi et al. (2014) mencionan que, a nivel mundial, hay casos de éxito de restauración de sitios contaminados con microrganismos como primera alternativa, por lo que diversas empresas internacionales se dedican a la restauración ambiental, a través del uso de microorganismos en su tratamiento. De acuerdo con la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (Semarnat, 2020), México tiene un total de 210 empresas acreditadas por las autoridades ambientales, dedicadas a servicios de remediación de suelos contaminados mediante tratamientos biológicos (biopilas, bioventeo y landfarming), además de universidades e instituciones educativas públicas autorizadas para diseñar proyectos o asesoramientos en la aplicación de estas tecnologías biológicas. En ex Talleres de Ferrocarriles y ex Refinerías de Petróleos, con miles de metros cúbicos de suelo contaminado, se restauraron áreas y sitios degradados mediante la biorremediación, los cuales se recuperaron y sirvieron para construir espacios en la localidad cercana, como hospitales, zonas recreativas y áreas verdes (Schmidt et al., 2013).
Caso de éxito de biorremediación
En México, la restauración de suelo y subsuelo de la ex Refinería 18 de marzo, ubicada al noroeste de la Ciudad de México, fue uno de los casos de éxito más conocidos de remediación ambiental, pues, se recuperaron 3 000 000 m3 de suelo contaminado con hidrocarburos (Schmidt et al., 2013). Después de su cierre, en 1991, se convirtió en un pasivo ambiental dentro una zona urbana, con el 80 % de su predio contaminado con hidrocarburos de petróleo y BTEX (García-Villanueva y Fernández-Villagómez, 2014). Esto excedió los límites permitidos en el uso del suelo de tipo residencial y recreativo establecidos en su restauración (cuadro 3). Entre el 2007 y el 2010, se realizaron proyectos de remediación (Schmidt et al., 2013), en los que participaron 17 instituciones del sector privado, público y académico, las cuales implementaron metodologías de remediación del suelo a través del tratamiento biológico con biopilas y bioventeo. Trataron 1 441 787,66 m3 aproximados en el mismo predio (figura 4).
| Contaminante | LMP NOM-138 (mg/kg base seca) | Número de muestras | Muestras mayores al LMP (%) | Profundidad de mayor concentración (m) |
| Hidrocarburos de fracción ligera (HFL) | 200 | 831 | 40,31 | 2-5 |
| Hidrocarburos de fracción media (HFM) | 1200 | 813 | 27,31 | 0-5 |
| Hidrocarburos
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