A pesar de su lejanía y clima extremo, la Antártida, como el resto de nuestro planeta, está expuesta a la polución de origen antropogénico. Los principales contaminantes de esta apartada región son los hidrocarburos, derivados de los combustibles que se utilizan en las bases antárticas como fuente de energía. A pesar de las condiciones extremas de los ambientes antárticos, la biorremediación, esto es, el aprovechamiento de las capacidades catabólicas de los microorganismos nativos, es considerada la mejor opción para atenuar el efecto de los contaminantes sobre los suelos antárticos. El desafío es diseñar procesos sencillos, de bajo costo, amigables con el ambiente y, sobre todo, aptos para ser eficientes a temperaturas que sólo durante el verano superan el punto de congelamiento del agua.
La Antártida es un continente aislado y remoto, pero sobre todo, frío. La FFyB, a través de un convenio de cooperación con Instituto Antártico Argentino, también deja su huella en esos extremos del planeta. Los países que allí desarrollan actividades, entre los cuales se encuentra Argentina, se han comprometido (a través de la firma del Tratado Antártico (1959) y su protocolo de protección ambiental (1991)) a “…proteger el medio ambiente antártico y los ecosistemas dependientes y asociados…”. También se ha designado a la Antártida como “reserva natural consagrada a la paz y a la ciencia. Si bien actualmente los reclamos se hallan en suspenso, nuestro país reafirma la soberanía sobre un sector de este continente, junto con otros 6 países. Por esa razón, todos los años hay argentinos realizando tareas logísticas y de investigación (biológica, geológica, atmosférica y humanidades) en bases permanentes y transitorias ubicadas dentro de ese sector, que abarca la región al sur del paralelo 60 comprendida entre los meridianos 74°O y 25°O.
Prácticamente todas las bases antárticas basan su funcionamiento en la generación de electricidad y calor con motores de combustión interna que consumen gasoil. Por esa razón, miles de litro de una versión especial de combustible, conocida como Gas Oil Antártico (GOA) son transportados, almacenados y utilizados anualmente en Antártida. La presencia de estos combustibles puede generar, y de hecho genera, focos de contaminación, sobre todo en el suelo aledaño a las cisternas de almacenamiento. Este daño al medio ambiente puede y debe ser reparado. Para ello recurrimos a la Biotecnología (disciplina que hace un uso tecnológico de sistemas biológicos para obtener productos y servicios).
La Biorremediación es una herramienta biotecnológica que aprovecha el potencial catabólico que presentan algunos microorganismos, sobre todo bacterias y hongos. Estos, con sus enzimas, son capaces de degradar compuestos orgánicos tóxicos y convertirlos en otros menos tóxicos o, idealmente, mineralizarlos completamente a CO2 y H2O.
Al ser un proceso biológico, la biorremediación está condicionada por diversos factores, entre ellos la temperatura y la limitación en la disponibilidad de los sustratos necesarios. Aunque las bajas temperaturas son casi una constante en Antártida, durante el verano y debido a la radiación solar, los suelos superficiales en el norte de la península antártica pueden alcanzar esporádicamente sorprendentes 15-20°C. Esto brinda condiciones favorables para el desarrollo de un proceso biológico, aprovechando el potencial catabólico de los microorganismos sicrófilos (solo prosperan a temperaturas menores a 20°C) y/o sicrotolerantes (capaces de tolerar temperaturas menores a 20°C, pero con velocidades de crecimiento óptimo por encima de 20°C).
Los procesos de biorremediación pueden basarse en dos estrategias principales:
- que consiste en optimizar estequiométricamente los niveles de N y P respecto a la cantidad de carbono existente. Los hidrocarburos aportan mayormente C, que desbalancea la relación C:N:P. Así, al no disponer los microorganismos de niveles suficientes de macronutrientes para formar biomasa, se limita la utilización del contaminante como fuente de C. Otro sustrato limitante es el oxígeno. Las vías metabólicas más veloces de degradación de las cadenas carbonadas son aérobicas, por lo que una aireación eficiente es fundamental.
- en este caso se busca proveer, al suelo bajo tratamiento, de capacidad catabólica mediante el agregado de microrganismos capaces de degradar el contaminante, ya sea porque la flora del suelo carece de ella o porque resulta insuficiente. Como sea, esta estrategia requiere de una etapa previa de cultivo que permita desarrollar una gran cantidad de biomasa, así comode algún método de vehiculización para introducir este inoculo de manera exitosa en el suelo, lo que lo torna más costoso.
El grupo de Microbiología Antártica del Instituto Nanobiotec de esta Facultad, en convenio con el Instituto Antártico Argentino, desarrolla tareas de investigación relacionadas con la Biorremediación en Antártida desde hace más de 20 años.
Nuestro objetivo es el desarrollo de procedimientos de biorremediación para suelos antárticos contaminados con hidrocarburos. Estos métodos deben involucrar sólo microrganismos autóctonos, deben ser amigables con el medio ambiente, de bajo costo y funcionales a temperaturas entre 0 y 15°C. Para lograr este objetivo, lo largo de los años, cada verano, realizamos experimentos a campo expuestos a condiciones reales de clima antártico. De ellos hemos aprendido que:
La estrategia de bioestimulación (Ruberto et al., 2009; Vázquez et al., 2009) que balancea la relación C:N:P y provee oxígeno, aplicada durante 50 días aproximadamente, permite remover alrededor del 80% de los hidrocarburos presentes en un suelo contaminado en forma crónica con gasoil (cc inicial < a 10.000 mg/kg).
En esos casos, el agregado de un inóculo (Ruberto y col 2010), aún en altos niveles (1 x 109 células / gr de suelo) no mejora la eficiencia de remoción de hidrocarburos mostrada por la flora autóctona (presente en el suelo) cuando se aplica bioestimulación. Es importante considerar que los suelos tratados contienen aproximadamente 106 células / gr de suelo.
El agregado al inicio del proceso, de inóculos externos (bioaumento) en suelos crónicamente contaminados no mejora significativamente la eficiencia de un proceso de biorremediación en comparación con la bioestimulación. Es posible que sí lo haga cuando suelos prístinos se vean abruptamente afectados por un derrame. Pero en estas circunstancias aún se debe optimizar el tipo de inóculo y el vehículo a utilizar, ya que diversos factores ecológicos hacen muy difícil el establecimiento y la sobrevida del inóculo agregado.
A partir de estos resultados y conclusiones, comenzamos a diseñar estrategias que buscaban racionalizar estos procesos. Por un lado, nos planteamos la optimización de la cantidad de N y P a agregar. Para ello, tomamos como referencia una relación de C:N:P de 100:10:1 y a partir de ella, y utilizando la metodología estadística de superficie de respuesta , buscamos los valores que maximizaban la eficiencia de remoción (Martínez Álvarez, Lo Balbo, Mac Cormack, & Ruberto, 2015).
Sobre estos resultados, planteamos un proceso secuencial de biorremediación de suelos, que busca remover la masa de los contaminantes (70-80%) en una etapa de bioestimulación, para luego concentrarse sobre los componentes de la fracción remanente aplicando bioaumento con microorganismos que degraden específicamente los componentes mayoritarios de la fracción remanente (nC11, nC12, nC13 y nC14).
Recientemente tratamos aproximadamente 1 ton de suelo en base Carlini (Martínez Álvarez, Ruberto, Lo Balbo, & Mac Cormack, 2017) que contenía aproximadamente 2000 mg/kg de gasoil. En un proceso de 50 días donde aplicamos bioestimulación con una relación de C:N:P optimizada por superficie respuesta se redujo la concentración de contaminantes hasta casi 500 mg/kg (75% de remoción).
Por otro lado, focalizamos nuestra atención en la obtención de herramientas biológicas capaces de remover los componentes de la fracción remanente de hidrocarburos luego de la etapa de bioestimulación, para así utilizarlos con éxito en una segunda etapa del proceso de biorremediación secuencial. Esto nos llevó a cultivos de enriquecimiento y a estudios mediante DGGE de la dinámica de las comunidades microbianas que en ellos se desarrollan, a partir de los cuales identificamos cepas pertenecientes al grupo de las Actinobacterias, así como numerosos miembros de la familia Pseudomonadaceae. Además, estamos analizando la factibilidad de inmovilizar estos microorganismos sobre matrices inertes, que favorezcan la permanencia de los mismos en el suelo a tratar y los proteja, en cierta medida de la competencia y la predación a la que son sometidos al momento de ser inoculados.
De esta manera proveemos a la Dirección Nacional del Antártico (dependiente del Ministerio de Relaciones Exteriores y Culto), procesos eficientes, simples y de bajo costo, que se ajustan a la legislación vigente para que Argentina disminuya el impacto de la presencia antrópica en Antártida y cumpla así el compromiso asumido de proteger su medio ambiente.
Referencias bibliográficas
Martínez Álvarez, L. M., Lo Balbo, A., Mac Cormack, W. P., & Ruberto, L. A. M. (2015). Bioremediation of a petroleum hydrocarbon-contaminated Antarctic soil: Optimization of a biostimulation strategy using response-surface methodology (RSM). Cold Regions Science and Technology, 119. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2015.07.005
Martínez Álvarez, L. M., Ruberto, L. A. M., Lo Balbo, A., & Mac Cormack, W. P. (2017). Bioremediation of hydrocarbon-contaminated soils in cold regions: Development of a pre-optimized biostimulation biopile-scale field assay in Antarctica. Science of the Total Environment, 590–591. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.02.204
Ruberto, L., Dias, R., Lo Balbo, A., Vazquez, S. C., Hernandez, E. A., & Mac Cormack, W. P. (2009). Influence of nutrients addition and bioaugmentation on the hydrocarbon biodegradation of a chronically contaminated Antarctic soil. Journal of Applied Microbiology, 106(4). https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2008.04073.x
Vázquez, S., Nogales, B., Ruberto, L., Hernández, E., Christie-Oleza, J., Lo Balbo, A., … Mac Cormack, W. (2009). Bacterial community dynamics during bioremediation of diesel oil-contaminated antarctic soil. Microbial Ecology, 57(4). https://doi.org/10.1007/s00248-008-9420-9
Dr. Walter Mac Cormack, Investigador del Instituto Nanobiotec y Coordinador de de Ciencias de la Vida del IAA. Prof Asociado CBC
Dra. Susana Vazquez, Investigadora Adjunta Instituto Nanobiotec. JTP FFyB
Bioq. Lucas Martinez, Estudiante de Doctorado, IAA e Instituto Nanobiotec. Ay 1ra FFyB
Dr. Lucas Ruberto, Investigador Adjunto Instituto Nanobiotec e Investigador del IAA. JTP FFyB
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