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Micorremediación

Pleurotus ostreatus (seta ostra) La micorremediación (del griego antiguo μύκης ( mukēs ), que significa "hongo", y el sufijo -remedium , en latín que significa "restablecer el e...

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Pleurotus ostreatus (seta ostra)

La micorremediación (del griego antiguo μύκης ( mukēs ), que significa "hongo", y el sufijo -remedium , en latín que significa "restablecer el equilibrio") es una forma de biorremediación en la que se utilizan métodos de remediación basados ​​en hongos para descontaminar el medio ambiente . [ 1 ] Se ha demostrado que los hongos son una forma barata, eficaz y respetuosa con el medio ambiente para eliminar una amplia gama de contaminantes de entornos dañados o aguas residuales . Estos contaminantes incluyen metales pesados , contaminantes orgánicos, tintes textiles , productos químicos y aguas residuales del curtido de cuero , combustibles derivados del petróleo, hidrocarburos aromáticos policíclicos , productos farmacéuticos y de cuidado personal , pesticidas y herbicidas [ 2 ] en entornos terrestres, de agua dulce y marinos.

Los subproductos de la remediación pueden ser materiales valiosos en sí mismos, como enzimas (por ejemplo, la lacasa ), [ 3 ] hongos comestibles o medicinales, [ 4 ] lo que hace que el proceso de remediación sea aún más rentable. Algunos hongos son útiles en la biodegradación de contaminantes en entornos extremadamente fríos o radiactivos donde los métodos de remediación tradicionales resultan demasiado costosos o inviables.

contaminantes

Drenaje ácido de una mina de sulfuro metálico

Los hongos, gracias a sus enzimas no específicas, son capaces de descomponer muchos tipos de sustancias, incluidos productos farmacéuticos y fragancias que normalmente son resistentes a la degradación bacteriana, [ 5 ] como el paracetamol (también conocido como acetaminofén). Por ejemplo, utilizando Mucor hiemalis , [ 6 ] la descomposición de productos que son tóxicos en el tratamiento de aguas tradicionales, como fenoles y pigmentos de aguas residuales de destilerías de vino , [ 7 ] agentes de contraste de rayos X e ingredientes de productos de cuidado personal, [ 8 ] puede realizarse de forma no tóxica.

La micorremediación es un método de remediación más económico y, por lo general , no requiere equipos costosos. Por esta razón, se utiliza con frecuencia en aplicaciones a pequeña escala, como la micofiltración de aguas residuales domésticas [ 9 ] y la filtración de efluentes industriales [ 10 ] .

Según un estudio de 2015, la micorremediación puede incluso ayudar con la biodegradación de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en el suelo. Los suelos impregnados de creosota contienen altas concentraciones de HAP y, para detener su propagación, la micorremediación ha demostrado ser la estrategia más exitosa. [ 11 ]

Rieles

La contaminación por metales es muy común, ya que se utilizan en muchos procesos industriales como la galvanoplastia , los textiles , [ 12 ] la pintura y el cuero . Las aguas residuales de estas industrias se utilizan a menudo para fines agrícolas, por lo que, además del daño inmediato al ecosistema en el que se derraman, los metales pueden llegar a criaturas y humanos lejanos a través de la cadena alimentaria. La micorremediación es una de las soluciones más baratas, efectivas y respetuosas con el medio ambiente para este problema. [ 13 ] Muchos hongos son hiperacumuladores , por lo que pueden concentrar toxinas en sus cuerpos fructíferos para su posterior eliminación. Esto suele ser cierto para poblaciones que han estado expuestas a contaminantes durante mucho tiempo y han desarrollado una alta tolerancia. La hiperacumulación se produce a través de la biosorción en la superficie celular, donde los metales entran en el micelio pasivamente con muy poca absorción intracelular. [ 14 ] Una variedad de hongos, como Pleurotus , Aspergillus y Trichoderma , han demostrado ser eficaces en la eliminación de plomo , [ 15 ] [ 16 ] cadmio , [ 16 ] níquel , [ 17 ] [ 16 ] cromo , [ 16 ] mercurio , [ 18 ] arsénico , [ 19 ] cobre , [ 15 ] [ 20 ] boro , [ 21 ] hierro y zinc [ 22 ] en ambientes marinos , aguas residuales y en tierra . [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

No todos los individuos de una especie son igualmente eficaces en la acumulación de toxinas. Los individuos aislados suelen seleccionarse de un entorno contaminado antiguo, como lodos o aguas residuales, donde han tenido tiempo de adaptarse a las condiciones, y la selección se lleva a cabo en el laboratorio . Una dilución del agua puede mejorar drásticamente la capacidad de biosorción de los hongos. [ 23 ]

Coprinus comatus (tapa de tinta peluda)

La capacidad de ciertos hongos para extraer metales del suelo también puede ser útil como bioindicadores , y puede representar un problema cuando el hongo es comestible. Por ejemplo, el Coprinus comatus , un hongo comestible común en el hemisferio norte, puede ser un excelente bioindicador de mercurio. [ 24 ] Sin embargo, dado que el Coprinus comatus acumula mercurio en su cuerpo, puede resultar tóxico para el consumidor. [ 24 ]

La capacidad de absorción de metales de los hongos también se ha utilizado para recuperar metales preciosos del medio. Por ejemplo, el Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia informó de una recuperación del 80 % de oro a partir de residuos electrónicos utilizando técnicas de micofiltración . [ 25 ]

contaminantes orgánicos

Lugar del derrame de petróleo de Deepwater Horizon con manchas de petróleo visibles.

Los hongos se encuentran entre los organismos saprófitos primarios de un ecosistema , ya que son eficientes en la descomposición de la materia. Los hongos descomponedores de madera , especialmente los de pudrición blanca , secretan enzimas y ácidos extracelulares que descomponen la lignina y la celulosa , los dos componentes principales de la fibra vegetal. Estos son compuestos orgánicos de cadena larga ( a base de carbono ), estructuralmente similares a muchos contaminantes orgánicos. Logran esto utilizando una amplia gama de enzimas. En el caso de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), compuestos orgánicos complejos con anillos aromáticos policíclicos fusionados y altamente estables , los hongos son muy eficaces [ 26 ] además de en ambientes marinos . [ 27 ] Las enzimas involucradas en esta degradación son ligninolíticas e incluyen lignina peroxidasa , peroxidasa versátil , manganeso peroxidasa , lipasa general , lacasa y, a veces, enzimas intracelulares , especialmente el citocromo P450 . [ 28 ] [ 29 ]

Otras toxinas que los hongos pueden degradar en compuestos inocuos incluyen combustibles derivados del petróleo , [ 30 ] fenoles en aguas residuales, [ 31 ] bifenilos policlorados (PCB) en suelos contaminados utilizando Pleurotus ostreatus , [ 32 ] poliuretano en condiciones aeróbicas y anaeróbicas, [ 33 ] como las condiciones en el fondo de los vertederos utilizando dos especies del hongo ecuatoriano Pestalotiopsis , [ 34 ] y más. [ 35 ]

Seta Pleurotus pulmonarius en el lateral de un árbol.
Pleurotus pulmonarius

Los mecanismos de degradación no siempre son claros, [ 36 ] ya que el hongo puede ser un precursor de la actividad microbiana posterior en lugar de ser individualmente eficaz en la eliminación de contaminantes. [ 37 ]

pesticidas

La contaminación por plaguicidas puede ser a largo plazo y tener un impacto significativo en los procesos de descomposición y el ciclo de nutrientes . [ 38 ] Por lo tanto, su degradación puede ser costosa y difícil. Los hongos más comúnmente utilizados para ayudar en la degradación de dichas sustancias son los hongos de pudrición blanca, que, gracias a sus enzimas ligninolíticas extracelulares como la lacasa y la manganeso peroxidasa , son capaces de degradar grandes cantidades de dichos componentes. Algunos ejemplos incluyen el insecticida endosulfán , [ 39 ] imazalil , tiofanato de metilo , orto-fenilfenol , difenilamina , clorpirifos [ 40 ] en aguas residuales y atrazina en suelos arcilloso-limosos. [ 41 ]

Tintes

Los colorantes se utilizan en muchas industrias, como la impresión de papel o la textil. A menudo son resistentes a la degradación y, en algunos casos, como ciertos colorantes azoicos , son cancerígenos o tóxicos. [ 42 ]

El mecanismo por el cual los hongos degradan los colorantes es a través de sus enzimas lignolíticas, especialmente la lacasa; por lo tanto, los hongos de podredumbre blanca son los más utilizados.

La micorremediación ha demostrado ser una tecnología de remediación barata y eficaz para colorantes como el verde malaquita , la nigrosina y la fucsina básica con Aspergillus niger y Phanerochaete chrysosporium [ 43 ] y el rojo Congo , un colorante carcinogénico recalcitrante a los procesos de biodegradación, [ 44 ] azul directo 14 (usando Pleurotus ). [ 45 ]

Pentaclorofenol

El pentaclorofenol (PCP) se ha utilizado en todo el mundo como conservante de madera, biocida y para el blanqueo de papel o tejidos. Su toxicidad y uso generalizado lo han situado entre los peores contaminantes ambientales, por lo que su degradación microbiológica para desarrollar técnicas de biorremediación ha sido objeto de intensos estudios. [ 46 ] [ 47 ]

Los microorganismos juegan un papel importante en el campo de la ciencia ambiental al degradar y transformar el PCP en formas no tóxicas o menos tóxicas. Naturalmente, la forma completa y eficiente en que ocurre la degradación del PCP depende de los microorganismos y las condiciones ambientales. Hay numerosos estudios que centran los esfuerzos de investigación en la degradación del PCP por cultivos puros y mixtos de microorganismos aerobios y anaerobios. Condiciones que inhiben y mejoran la degradación, y vías, intermediarios y sistemas enzimáticos implicados esencialmente en la degradación del PCP especialmente por bacterias como Pseudomonas spp., [ 48 ] Flavobacterium spp., [ 49 ] Nocardioides spp., Novosphingobium spp., Desulfitobacterium spp., [ 50 ] Mycobacterium spp., [ 51 ] Sphingomonas sp., [ 52 ] Kokuria spp., [ 53 ] Bacillus spp., [ 54 ] Serratia sp. [ 55 ] y Acinetobacter spp. [ 56 ] y hongos como Phanerochaete spp., [ 57 ] Anthracophyllum spp., [ 58 ] Trametes spp., [ 59 ] Mucor spp., [ 60 ] Byssochlamys spp. [ 61 ] y Scopulariopsis spp. [ 62 ]

Sinergia con la fitorremediación

La fitorremediación es el uso de tecnologías basadas en plantas para descontaminar un área.

La mayoría de las plantas terrestres pueden formar una relación simbiótica con hongos, lo cual es ventajoso para ambos organismos. Esta relación se denomina micorriza . Los investigadores descubrieron que la fitorremediación se ve potenciada por las micorrizas. [ 63 ] Las relaciones simbióticas de los hongos micorrícicos con las raíces de las plantas ayudan a la absorción de nutrientes y a la capacidad de la planta para resistir factores de estrés bióticos y abióticos , como los metales pesados ​​biodisponibles en la rizosfera . Los hongos micorrícicos arbusculares (HMA) producen proteínas que se unen a los metales pesados ​​y, por lo tanto, disminuyen su biodisponibilidad. [ 64 ] [ 65 ] La eliminación de contaminantes del suelo por hongos micorrícicos se denomina micorrizorremediación. [ 66 ]

Los hongos micorrícicos, especialmente los HMA, pueden mejorar considerablemente la capacidad de fitorremediación de algunas plantas. Esto se debe principalmente a que el estrés que sufren las plantas a causa de los contaminantes se reduce notablemente en presencia de HMA, lo que les permite crecer más y producir más biomasa. [ 67 ] [ 65 ] Los hongos también proporcionan más nutrientes, especialmente fósforo , y promueven la salud general de las plantas. La rápida expansión del micelio también puede extender considerablemente la zona de influencia de la rizosfera ( hifosfera ), proporcionando a la planta acceso a más nutrientes y contaminantes. [ 68 ] El aumento de la salud general de la rizosfera también implica un incremento en la población bacteriana, lo que puede contribuir al proceso de biorremediación. [ 69 ]

Esta relación ha demostrado ser útil con muchos contaminantes, como Rhizophagus intraradices y Robinia pseudoacacia en suelo contaminado con plomo , [ 70 ] Rhizophagus intraradices con Glomus versiforme inoculado en pasto vetiver para la eliminación de plomo, [ 71 ] AMF y Calendula officinalis en suelo contaminado con cadmio y plomo, [ 72 ] y en general fue eficaz para aumentar la capacidad de biorremediación de la planta para metales, [ 73 ] [ 74 ] combustibles derivados del petróleo, [ 75 ] [ 76 ] y HAP. [ 69 ] En los humedales, los AMF promueven en gran medida la biodegradación de contaminantes orgánicos como benceno, metil tert-butil éter y amoníaco del agua subterránea cuando se inoculan en Phragmites australis . [ 77 ]

Viabilidad en entornos extremos

Las especies de hongos antárticos como Metschnikowia sp., Cryptococcus gilvescens, Cryptococcus victoriae , Pichia caribbica y Leucosporidium creatinivorum pueden soportar frío extremo y aun así proporcionar una biodegradación eficiente de contaminantes. [ 78 ] Debido a la naturaleza de los entornos más fríos y remotos como la Antártida , los métodos habituales de remediación de contaminantes, como la eliminación física de medios contaminados, pueden resultar costosos. [ 79 ] [ 80 ] La mayoría de las especies de hongos psicrófilos antárticos son resistentes a los niveles reducidos de producción de ATP ( adenosín trifosfato ) que causan una disponibilidad reducida de energía, [ 81 ] los niveles reducidos de oxígeno debido a la baja permeabilidad del suelo congelado y la interrupción del transporte de nutrientes causada por los ciclos de congelación-descongelación. [ 82 ] Estas especies de hongos son capaces de asimilar y degradar compuestos como fenoles , n-hexadecano , tolueno e hidrocarburos aromáticos policíclicos en estas duras condiciones. [ 83 ] [ 78 ] Estos compuestos se encuentran en el petróleo crudo y en el petróleo refinado .

Algunas especies de hongos, como Rhodotorula taiwanensis, son resistentes al pH extremadamente bajo (ácido) y al medio radiactivo que se encuentra en los residuos radiactivos y pueden crecer con éxito en estas condiciones, a diferencia de la mayoría de los demás organismos. [ 84 ] También pueden prosperar en presencia de altas concentraciones de mercurio y cromo . [ 84 ] Los hongos como Rhodotorula taiwanensis pueden utilizarse en la biorremediación de residuos radiactivos debido a su bajo pH y sus propiedades de resistencia a la radiación. [ 84 ] Ciertas especies de hongos son capaces de absorber y retener radionúclidos como 137 Cs , 121 Sr , 152 Eu , 239 Pu y 241 Am . [ 85 ] [ 10 ] De hecho, las paredes celulares de algunas especies de hongos muertos pueden utilizarse como filtro que puede adsorber metales pesados ​​y radionúclidos presentes en los efluentes industriales, evitando su liberación al medio ambiente. [ 10 ]

Gestión de incendios

La micorremediación puede incluso utilizarse para el control de incendios mediante el método de encapsulación. Este proceso consiste en utilizar esporas de hongos recubiertas con agarosa en forma de gránulos, que se introducen en un sustrato del bosque quemado, descomponiendo toxinas y estimulando el crecimiento. [ 86 ]

Véase también

Referencias

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  30. ↑ Young D, Rice J, Martin R, Lindquist E, Lipzen A, Grigoriev I, Hibbett D (25 de junio de 2015). "La degradación del fuelóleo Bunker C por hongos de podredumbre blanca en cultivos de serrín sugiere posibles aplicaciones en biorremediación" . PLOS ONE . 10 (6) e0130381. Bibcode : 2015PLoSO..1030381Y . doi : 10.1371/journal.pone.0130381 . PMC 4482389. PMID 26111162 . En promedio, considerando todas las especies estudiadas, el 98,1%, el 48,6% y el 76,4% del alcano C10, el alcano C14 y el fenantreno iniciales de Bunker C, respectivamente, se degradaron después de 180 días de crecimiento del hongo en sustrato de pino.  
  31. ↑ Batista-García RA, Kumar VV, Ariste A, Tovar-Herrera OE, Savary O, Peidro-Guzmán H, et al. (agosto de 2017). "Protocolo de cribado simple para la identificación de herramientas de micorremediación potenciales para la eliminación de hidrocarburos aromáticos policíclicos y fenoles de efluentes industriales hiperalcalófilos". Journal of Environmental Management . 198 (Pt 2): 1– 11. Bibcode : 2017JEnvM.198....1B . doi : 10.1016/j.jenvman.2017.05.010 . hdl : 10953/4538 . PMID 28499155 . Cuando estas aguas residuales se suplementaron con 0,1 mM de glucosa, todos los hongos analizados, excepto A. caesiellus, mostraron la capacidad de eliminar tanto los compuestos fenólicos como los HAP.  
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  36. ↑ Young D, Rice J, Martin R, Lindquist E, Lipzen A, Grigoriev I, Hibbett D (25 de junio de 2015). " La degradación del fuelóleo Bunker C por hongos de pudrición blanca en cultivos de serrín sugiere posibles aplicaciones en biorremediación" . PLOS ONE . 10 (6) e0130381. Bibcode : 2015PLoSO..1030381Y . doi : 10.1371/journal.pone.0130381 . PMC 4482389. PMID 26111162. Los mecanismos por los cuales P. strigosozonata puede degradar compuestos complejos de petróleo siguen siendo oscuros, pero los resultados de degradación de los cultivos de 180 días sugieren que diversos hongos de pudrición blanca tienen potencial para la biorremediación de combustibles derivados del petróleo .  
  37. ↑ Stella T, Covino S, Čvančarová M, Filipová A, Petruccioli M, D'Annibale A, Cajthaml T (febrero de 2017). "Biorremediación de suelo contaminado con PCB a largo plazo mediante hongos de podredumbre blanca". Journal of Hazardous Materials . 324 (Pt B): 701– 710. Bibcode : 2017JHzM..324..701S . doi : 10.1016/j.jhazmat.2016.11.044 . PMID 27894756 . P. ostreatus colonizó eficientemente las muestras de suelo y suprimió otros géneros de hongos. Sin embargo, el mismo hongo estimuló sustancialmente taxones bacterianos que incluyen supuestos degradadores de PCB. 
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  69. 1 2 Rabie GH (marzo de 2005). "Papel de los hongos micorrícicos arbusculares en la fitorremediación de la rizosfera del suelo contaminada con hidrocarburos aromáticos policíclicos" . Mycobiology . 33 ( 1): 41– 50. Bibcode : 2005Mycob..33...41R . doi : 10.4489/MYCO.2005.33.1.041 . PMC 3774856. PMID 24049473. Se mostraron correlaciones positivas altamente significativas entre la formación arbuscular en segmentos de raíz (A)) y el contenido de agua de la planta, lípidos de la raíz, peroxidasa, catalasa , polifenol oxidasa y recuento microbiano total en la rizosfera del suelo, así como la disipación de HAP en suelo contaminado.  
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