Hongos en la Biorremediacion

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Eficacia del hongo Pleurotus ostreatus como biorremediador de suelos
contaminados con metales pesados.
Por:
Kathia Jeanille Rodríguez Rosario
Tesis sometida en cumplimiento parcial
de los requisitos para el grado de
MAESTRO EN CIENCIAS
en
Biología
UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO
RECINTO UNIVERSITARIO DE MAYAGÜEZ
2005
Revisión de Literatura
Los metales pesados son metales de masa atómica elevada por lo general del
quinto o sexto período de la tabla periódica. Los metales son notables por su amplia gama de usos, su dispersión, su tendencia a acumularse en algunos tejidos del cuerpo humano ycsu potencial de ser tóxicos aun a niveles de exposición relativamente bajos (Howard Hu,
2002).

Algunos metales como cobre y hierro son esenciales para la vida y juegan un
papel importante en, por ejemplo, el funcionamiento de algunos sistemas enzimáticos.
Otros metales son xenobióticos, o sea, no tienen ningún uso en los procesos fisiológicos
y, como en el caso de plomo y mercurio, pueden ser tóxicos en cantidades
imperceptibles. Aun los metales esenciales para el cuerpo humano, tienen el potencial de volverse dañinos si la persona es expuesta a altos niveles. El “U.S. Agency for Toxic
Substances and Disease Registry” (ATSDR) enumera todos los peligros y daños
presentes en desechos tóxicos de acuerdo a la severidad de su toxicidad. Según esta lista, en primer, segundo, tercer y sexto lugar se encuentran los siguientes metales pesados: plomo, mercurio, arsénico y cadmio, respectivamente.
La exposición a metales puede ocurrir a través de una variedad de rutas. Pueden
ser inhalados como polvo o humo (por ejemplo, partículas de óxido de plomo en la
combustión de gasolina con plomo); otros pueden ser evaporados y por consiguiente
inhalados (mercurio en la producción de lámparas fluorescentes). Los metales también
pueden ser ingeridos involuntariamente a través de comida o bebida. La cantidad que
puede ser absorbida por el tracto digestivo depende de la forma o configuración química, la edad y el estado de nutrición de la persona (J. Ton et al., 2000). La excreción ocurrepor medio de los riñones y el tracto digestivo, pero los metales tienden a persistir en sitios de almacenaje como el hígado, huesos y riñones y pueden permanecer ahí durante años o
décadas. La exposición crónica a plomo puede causar efectos como hipertensión entre
otros y en el caso de cadmio, fallo renal. Cuán vulnerable es una persona a la intoxicación por metales puede variar según los factores genéticos, la edad, la dosis y el tiempo de exposición, pero aun se están llevando a cabo estudios sobre este tema.
El plomo en el suelo tiende a concentrarse en vegetales con raíz como la cebolla y
será absorbido en mayor cantidad en individuos cuyas dietas son deficientes en calcio,
hierro o zinc. La exposición a plomo puede desarrollar problemas de salud como
convulsiones, coma, fallo renal y hasta la muerte dependiendo de la dosis. Los niños y los fetos aparecen particularmente vulnerables a efectos neurotóxicos por causa del plomo.
Estudios han demostrado que mujeres embarazadas que tienen plomo almacenado en sus huesos muestran un movimiento acelerado de éste al torrente sanguíneo y a la leche
materna lo cual está asociado a nacimientos de bebés con bajo peso y decrecimiento en la razón de crecimiento y del desarrollo mental (Michael McCally, 2002).
Por su parte, la contaminación por cadmio también tiene sus efectos adversos en
el cuerpo humano. La contaminación del terreno con cadmio puede ocurrir a través de
emisiones de los desechos tóxicos de las industrias. Las implicaciones a la salud
comienzan por la inhabilidad del ser humano de excretar el cadmio (es desechado al
sistema excretor, pero reabsorbido por los riñones). Algunos de los efectos al cuerpo son irritación de las vías respiratorias, degeneración de los testículos, daño al túbulo proximal del nefrón (permitiendo que moléculas esenciales como calcio se filtren a la orina), pérdida de densidad en los huesos y cáncer en la próstata (Howard Hu, 2002).
La biorremediación es una tecnología de control de contaminación que utiliza
sistemas biológicos para catalizar la degradación o transformación de compuestos tóxicos a formas menos dañinas. Uno de los objetivos del uso de la biorremediación es aumentar y mejorar la biodegradación por los organismos nativos (micro flora), lo que se conoce como biorremediación intrínseca, o por medio de la adición de organismos
(bioaugmentation) para llevar a cabo un cambio en ese ambiente. A diferencia de otras
tecnologías convencionales, como por ejemplo la incineración, la biorremediación se
puede llevar a cabo en el lugar mismo y aunque el número de compuestos tóxicos que
esta tecnología puede manejar es limitado (Hart, 1996), es costo-efectiva cuando aplica
(Atlas & Unterman, 1999). De acuerdo a un informe preparado por la National Network
of Environmental Studies (NNEMS) para la U.S. Environmental Protection Agency
(EPA), la biorremediación y la fitorremediación son las técnicas de control de
contaminación más económicas ($8.4-$197/yd3 y $80/yd3, respectivamente) disponibles
hoy día en comparación con la incineración la cual cuesta entre $300 a $1000/ yd3,
dependiendo la cantidad de contaminantes. Se debe hacer un buen estudio del área a ser
limpiada antes de tomar la decisión de cuál método utilizar para la remoción del
contaminante. Se deben tomar en cuenta los contaminantes presentes en el lugar, el
medio ambiente en el que existen (suelo o agua, accesiblidad) y la extensión del área
contaminada. Los contaminantes pueden variar grandemente en un mismo lugar
especialmente si se trata de un área donde hay o hubo una facilidad de manufactura
donde se pueden encontrar productos finales, intermedios y primarios. Los contaminantes se pueden encontrar en el suelo, sedimentos, agua subterránea o agua superficial. Lo ideal es que el tratamiento destruya o remueva los contaminantes sin crear productos intermedios. Algunas tecnologías sólo son capaces de relocalizar o estabilizar el contaminante. Todos los métodos de control de contaminación disponibles tienen sus ventajas y limitaciones; es deber del encargado del proyecto estudiar la opción que mejor le aplique (Frazar, 2000). Al tomar todos los factores en consideración, la biorremediación no es la mejor opción para algunos casos. Una presentación en el “Air and Waste Management Association Annual Meeting” en 1996 discutió los resultados de un estudio que comparó diferentes tratamientos para limpiar un suelo contaminado con plaguicidas. La biorremediación usando hongos blancos de putrefacción demostró no ser efectiva en la remoción del DDT. Sin embargo, biorremediación usando ciclos aeróbicos/anaeróbicos sí demostró tener la capacidad de destruir el DDT. Esto demuestra que dentro del campo de la biorremediación hay muchos factores con los que se puede experimentar para obtener el resultado deseado. De acuerdo con el “Treatment Techonologies for Site Cleanup Annual Status Report, 1997” para la EPA, 11 % de los proyectos de control de contaminación completados envolvieron una forma debiorremediación.
La biorremediación usando hongos blancos de putrefacción es una tecnología
muy prometedora la cual está siendo estudiada (Frazar, 2000). Muchos estudios se
enfocan en la habilidad de estos hongos en la degradación de compuestos persistentes,
principalmente los de la familia Phanerocaete donde se encuentra el hongo Pleurotus
ostreatus. Estos hongos son efectivos porque producen una enzima extra celular que
cataliza una reacción que degrada lignina, un compuesto aromático. Para catalizar estas
reacciones poderosas la enzima requiere peróxido de hidrógeno, lo cual el hongo
produce.

En adición a la descomposición de lignina, el potencial de los hongos blancos de
putrefacción (white–rot funji en inglés) para la descomposición de varios contaminantes
en suelos estériles y no estériles está siendo bien documentada (Novotný, 1999). De
hecho, se consideran muy prometedores en su aplicación como biorremediadores de
suelos contaminados. Muchas de las tecnologías para remediación de suelos
contaminados incluyen no solo tratamientos físicos y químicos, pero también biorremediación de contaminantes por actividad microbiana (Cha et al. 1999; Straube et
al. 1999). Los hongos tienen muchas ventajas que facilitan el estudio de su uso en la
biorremediación, por ejemplo: los hongos están presentes en sedimentos acuáticos y en
hábitats terrestres, además poseen ventaja sobre las bacterias por el hecho de que sus
hifas pueden penetrar el suelo contaminado y producir enzimas extracelulares que
degradan los contaminantes (Seigle-Murandi, 2004). Se ha demostrado que los hongos
blancos de putrefacción tienen la capacidad de atacar un amplio espectro de
hidrocarbonos poliaromáticos (PAH’s por sus siglas en inglés). Los PAHs son
compuestos orgánicos hidrofóbicos con alto grado de mutagenicidad y toxicidad que han sido liberados en el medio ambiente a gran escala; algunos ejemplos son fenantreno,
fluoreno y antraceno. Los hongos son además, muy buenos en la acumulación de metales pesados como cadmio, cobre, mercurio, plomo y zinc (Sullia, 2003)
Pleurotus ostreatus ha sido objeto de varias investigaciones en diferentes
contextos alrededor del mundo. Se han realizado estudios donde se demostró que
P. ostreatus ataca la lignina luego de degradar la celulosa sustancialmente. Pruebas hechas a todas las especies estudiadas encontraron producción de lacasas, sin embargo, lignina peroxidasa fue detectada únicamente en P. ostreatus. Este estudio asoció el blanqueamiento de los árboles con la presencia de P. ostreatus y otros hongos de su clase en la ciudad de Benin, Nigeria (Ejechi et al., 1996). En otros estudios realizados, se comparó la capacidad de mineralización de P. ostreatus versus la microflora presente en un suelo contaminado con PAHs. En términos generales P. ostreatus mineralizó los
PAHs de 5 anillos en mayor cantidad, mientras que la microflora indígena fue superior en la mineralización de los PAHs de 3 y 4 anillos (Wiesche et al., 2001).
Pleurotus ostreatus es un hongo comestible y en torno a esto se han realizado
muchas investigaciones relacionadas a su valor económico en la industria de alimentos
como también a su valor nutricional. El cultivo de Pleurotus spp es importante en la
industria de alimentos alrededor del mundo la cual se ha expandido en los pasados años.
P. ostreatus es el tercer hongo cultivado más importante para propósitos alimentarios.
Nutricionalmente es rico en proteinas, fibra, hidratos de carbono, vitaminas y minerales,
además de tener un sabor y olor únicos (Cohen et al., 2002). En el área de la medicina se ha encontrado que el género Pleurotus lleva a cabo actividades antibacteriales,
antivirales, antitumores, hematológicas y que ayuda en la reducción de los niveles de
colesterol (Cohen et al., 2002). Más estudios se han hecho en relación a los factores
nutricionales de este género (Manzi et al., 1999). Dado el hecho de que este género ha
demostrado tener tantas capacidades en diferentes áreas, sobretodo en el área de
biorremediación y por estar comprobada la eficacia en la biodegradación de algunos
componentes químicos (V. Vacchina et al., 2002), es que el hongo Pleurotus ostreatus
fue escogido para la realización de este estudio.