El área temática de Microbiología Ambiental y Biotecnología integra distintas líneas de investigación cuyo objetivo general es el de estudiar posibles aplicaciones ambientales e industriales de organismos, componentes o sistemas biológicos. Los proyectos de esta área temática utilizan metodologías provenientes de distintas disciplinas tales como la ingeniería ambiental, la química, la bioquímica, la microbiología y la biología molecular para la obtención de información básica y aplicada necesaria para la conservación y la explotación sustentable de recursos naturales de la Patagonia. Las siguientes líneas de investigación son desarrolladas en la Unidad de Investigación Oceanografía y Meteorología del CENPAT:
TRATAMIENTO
BIOLÓGICO DE RESIDUOS DE SENTINA - BIORREACTORES
Laboratorio
de Oceanografía Química y Contaminación de Aguas, Unidad de Investigación de
Oceanografía y Meteorología, CENPAT-CONICET
Marina Nievas, Investigadora Asistente CONICET
Marta Commendatore, Profesional Principal CONICET
Dirección: José Luis Esteves, Investigador Independiente CONICET
Co-dirección:
Verónica Bucalá, Investigadora Independiente CONICET (PLAPIQUI).
Las aguas de sentina son residuos oleosos producidos en las
operaciones normales en buques. La gestión adecuada de los mismos comprende la
descarga en puertos y su posterior tratamiento en instalaciones en tierra.La
utilización de
microorganismos para acelerar procesos naturales de degradación, biorremediación,
ha crecido en importancia en los últimos años, constituyendo una de las
tecnologías más convenientes para el tratamiento de efluentes, debido a su
bajo costo y alto grado de eficiencia. La fase acuosa de los residuos de
sentina, normalmente agua de mar que contiene entre 100 y 1000 ppm de
hidrocarburos totales que se encuentran disueltos y dispersos, puede ser tratada
biológicamente.
Microorganismos autóctonos,
aislados de residuos de sentina, presentan capacidades de biodegradar los
hidrocarburos tanto aromáticos (HAPs) como alifáticos. Se han obtenido altas
eficiencias de biodegradación con aporte de oxígeno y nutrientes utilizando
reactores discontinuos con un medio de agua de mar y diferentes cantidades
conocidas de fase oleosa de residuo de sentina como fuente de carbono y energía.
Los microorganismos autóctonos resultaron productores de sustancias
tensioactivas capaces de dispersar productos hidrofóbicos, mejorando su
accesibilidad a los microorganismos y por ende su biodegradación.
Los análisis de hidrocarburos se realizan por Cromatografía de Gases de Alta Resolución (CGAR), evaluando las concentraciones de hidrocarburos alifáticos y aromáticos, aplicando índices específicos indicadores de procesos de biodegradación, y estableciendo la composición del residuo de sentina.
Actualmente se lleva
acabo un proyecto de “Desarrollo de reactores de biofilm para tratamiento
continuo de aguas contaminadas con hidrocarburos provenientes de residuos de
sentina de buques” con los objetivos de:
Estudiar
la capacidad de los microorganismos autóctonos de los residuos de sentina
degradadores de hidrocarburos para desarrollar propiedades de adhesión a
soportes y formación de biofilms.
Desarrollar
y poner en marcha un reactor de biofilm con capacidad para tratar en forma
continua la fase acuosa contaminada con hidrocarburos proveniente de la
separación de los residuos de sentina.
Establecer condiciones operativas óptimas para lograr una eficiente remoción de los contaminantes presentes en el agua de sentina.
Modelar matemáticamente y simular el reactor de biofilm para evaluar su estabilidad de operación.
Esta línea de
investigación cuenta con la financiación de los siguientes subsidios:
PROYECTO PNUD ARG
02/018,
Subproyecto
Competitivo de Innovación Tecnológica e Investigación Aplicada Nº A-C-31
(www.medioambiente.gov.ar)
POTENCIAL
DE BIORREMEDIACIÓN INTRÍNSECA DE HIDROCARBUROS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS EN
SEDIMENTOS MARINOS
Laboratorio
de Microbiología Ambiental, Unidad de Investigación de Oceanografía y
Meteorología, CENPAT-CONICET
Magalí Marcos, Becaria Doctoral CONICET
Mariana Lozada, Investigadora Asistente CONICET
Hebe
Dionisi,
Investigadora Adjunta CONICET
El
litoral Patagónico es considerado como una de las ecoregiones marinas
prioritarias para su conservación, debido a su vulnerabilidad y a su
extraordinaria biodiversidad. Algunas zonas costeras de la Patagonia son
particularmente sensibles a la presencia de sustancias contaminantes, como por
ejemplo las áreas de cría de mamíferos y aves marinas, las áreas de reproducción
de peces y crustáceos, y los sitios de descanso y alimentación de aves marinas
migratorias. Por lo tanto, actividades muy importantes para la economía de la
región, como la explotación o transporte de petróleo, la actividad pesquera y el
turismo, pueden tener un impacto negativo sobre la diversidad biológica de
región, si no son manejadas adecuadamente.
Los microorganismos son los agentes de reciclado más eficientes que tiene la biosfera, gracias a su extrema maleabilidad fisiológica y genética, su distribución ubicua y su potencialidad para alcanzar altas velocidades de crecimiento. La capacidad natural que presentan los microorganismos autóctonos para degradar sustancias contaminantes se denomina biorremediación intrínseca. Cuando las sustancias contaminantes representan un peligro para la salud humana y el ecosistema, es necesario acelerar la velocidad de biodegradación natural. Para ello, se utilizan distintas tecnologías de biorremediación como por ejemplo la bioestimulación, en donde se adicionan nutrientes o aceptores de electrones para estimular el crecimiento de las poblaciones microbianas autóctonas. Las principales ventajas de la biorremediación son su bajo costo y su menor impacto ambiental, comparada con métodos físicos o químicos de descontaminación (como por ejemplo la incineración). Sin embargo, actualmente limitan su uso la necesidad de realizar extensos estudios previos de diseñar estrategias específicas para cada sitio en particular.
Nuestro proyecto tiene como objetivo general el investigar los
mecanismos
que controlan el crecimiento y la actividad de las poblaciones microbianas
capaces de degradar sustancias contaminantes, que habitan el medio ambiente
marino de la Patagonia. Esta información es esencial para maximizar la capacidad
de depuración de sustancias contaminantes de las comunidades microbianas
naturales de la región, tanto en casos de contaminación crónica como así también
en el evento de derrames accidentales en la región. Avances en la comprensión de
aspectos ecológicos, bioquímicos y genéticos de los procesos degradativos son
indispensables para mejorar la eficiencia de las estrategias de biorremediación.
En particular, es necesario conocer cuáles son aquellos factores que limitan la
velocidad de biodegradación y modificarlos, de manera que, idealmente, el único
factor limitante resulte el mismo contaminante.
En
el Laboratorio de Microbiología Ambiental del CENPAT, estamos estudiando la
biodegradación de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) en sedimentos
costeros de la Patagonia. Los HAPs son compuestos orgánicos hidrofóbicos
formados por dos o más anillos aromáticos fusionados, naturalmente presentes en
los combustibles fósiles como el petróleo, pero que también se forman durante la
combustión incompleta de la materia orgánica. Utilizamos como modelo estos
compuestos, ya que presentan lentas velocidades de biodegradación y muchos de
ellos son tóxicos, mutagénicos o carcinogénicos.
Estudiamos las bacterias nativas del sedimento costero que degradan HAPs usando
técnicas
moleculares
independientes del cultivo de microorganismos. En primer lugar, purificamos el
ADN directamente a partir del sedimento, de manera de tener en solución el ADN
de los microorganismos presentes en la muestra. Luego, usamos la técnica de
reacción en cadena de la polimerasa, o PCR, para amplificar fragmentos de genes
que codifican para enzimas de las rutas degradativas de HAPs utilizando el ADN
que purificamos. Para estudiar los productos de amplificación generados usamos
dos metodologías diferentes: el clonado y posterior secuenciación de estos
genes, generando de esta manera bibliotecas de genes catabólicos, y PCR en
tiempo real, que nos permite cuantificar los genes catabólicos presentes en la
comunidad microbiana.
Nuestro laboratorio mantiene una fluida colaboración con otros grupos de investigación trabajando en temas relacionados. En el laboratorio de la Dra. Marcela Ferrero en PROIMI-CONICET, de la ciudad de San Miguel de Tucumán, se están caracterizando las poblaciones bacterianas degradadoras de HAPs por medio de enriquecimientos y aislamientos de microorganismos. En particular, estudian la diversidad de genes catabólicos en bacterias aisladas a partir de sedimentos costeros de Patagonia, con el fin de identificar nuevos genes, o reordenamientos genéticos que podrían redundar en el mejoramiento de las capacidades catabólicas de las cepas que las posean. De esta forma, utilizando distintas metodologías, dependientes e independientes del cultivo de microorganismos, podemos tener una visión más completa de estas poblaciones bacterianas, escasamente caracterizadas.
Como
parte de un subsidio de la Secretaría de Ambiente y Desarrollo
Sustentable
(PNUD ARG 02/018, B-C-28) realizamos tareas de difusión de la problemática
ambiental de la costa Patagónica. Para ello, desarrollamos una
presentación con
diapositivas en la cual discutimos las distintas actividades que amenazan la
biodiversidad marina, con énfasis en el problema del vertido de basura al mar.
Aquellas escuelas de Puerto Madryn que deseen participar de esta charla, ya sea
en la misma escuela o en el CENPAT, pueden comunicarse por correo electrónico a
hdionisi@cenpat.edu.ar. Para instituciones educativas alejadas de nuestro
centro de investigación, pueden comunicarse al mismo correo electrónico para
recibir más información.
Por último, quisiéramos agradecer a las distintas instituciones que han financiado, o financian en este momento, nuestra línea de investigación:
Fundación
Antorchas,
Subsidio
en Apoyo a Proyectos de Investigación Nº 4248-62
PADI
Foundation,
Grant Nº 2004-62
Agencia
Nacional
de Promoción Científica y Tecnológica, proyecto PICT-2003 tipo B Nº 15166
Proyecto
PNUD ARG 02/018, Subproyecto Competitivo de Innovación Tecnológica e
Investigación Aplicada Nº B-C-28
CONICET,
Subsidio para financiar los planes de trabajo de investigadores jóvenes de la
Carrera del Investigador y Proyecto PIP Nº 6205
Última Actualización: Febrero de 2008