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Importancia de la biotecnología en el medio ambiente
Deza Huayta Yovana Layme Ticona Jerzon Renato Mamani Vargas Aldair Agapito Paxi Apaza Maria Esther Ponce Vilavila Nayeli Yajaida Facultad de Ingeniería Química, Universidad Nacional del Altiplano. Puno-Perú RESUMEN La biotecnología ambiental, también llamada biotecnología ecológica, es una rama de la biotecnología que se encarga de aplicar diversos estudios y métodos tanto científicos como tecnológicos ofreciendo una amplia variedad de información para diversos estudios científicos que está relacionada con la gestión, aprovechamiento y sostenibilidad del medio ambiente Se ha demostrado que la biotecnología tiene grandes avances en muchos campos y por ello en el control de la contaminación ambiental es de mucha relevancia debido a la efectividad de sus enfoques metodológicos y a sus técnicas, que pueden participar en muchas actividades que son de interés para la Sostenibilidad ambiental. Los métodos biológicos empleados se basan en la Biorremediación (cualquier proceso biotecnológico que utilice microrganismos o los enzimas derivados de ellos) para el tratamiento de contaminantes activos en compuestos inocuos. Para ello es necesario conocer los microrganismos a emplear para la resolución de un problema de manera eficaz, existiendo 2 estrategias. Estos son el análisis por aislamiento y en forma de consorcios bacterianos que consisten en el estudio la interrelación del microorganismo con el entorno. Entre los ámbitos de actuación, la biotecnología tiene principal contribución en cinco ámbitos tales como: Cambio climático, energías alternativas, procesos de reciclaje, recursos hídricos, salud y medio ambiente.
INTRODUCCIÓN
Desde la segunda mitad del siglo XX se ha observado un acelerado crecimiento de la población humana y en respuesta de esto ocurrió un acelerado desarrollo tecnológico e industrial para poder satisfacer las demandas del hombre. Junto a este acelerado desarrollo se presentó una gran presión hacia el medio ambiente que se traduce en niveles cada vez mayores de contaminación. Es de acá de donde surge la necesidad muy importante de mantener y preservar los recursos naturales en relación con la sociedad, a esto lo denominamos como sostenibilidad. Al mismo tiempo el desarrollo científico y tecnológico nos ha permitido aplicar principios científicos y de ingeniería a la transformación de materiales mediante el desarrollo, uso y regulación de diversos sistemas y métodos biológicos con el fin de proveer a la sociedad bienes y servicios de manera sostenible con el medio ambiente, a esta aplicación nos referimos con el termino Biotecnología Ambiental. En este contexto el interés de la biotecnología ambiental y su impacto con la relación social, es muy relevante dado el continuo incremento de la contaminación ambiental y el incremento de las normativas ambientales que convierten procesos productivos contaminantes, antes permitidos, en procesos económicamente prohibidos. Debido a estos crecientes problemas ambientales y la sensibilidad ambiental hacen de la bio tecnología ambiental una de las actividades con mayor proyección e interés para la sociedad. En las necesidades para la sostenibilidad encontramos diversos recursos de mucha importancia en el siglo XXI. En ellas podemos destacar los siguientes: La energía: como sabemos actualmente las fuentes energéticas fósiles presentan problemas ambientales principalmente por la emisión de óxidos de carbono, es por eso que la biotecnología plantea el desarrollo de energías renovables como la biomasa, energía solar, a partir de recursos renovables. El Ambiente: En la sociedad la calidad ambiental del suelo, agua, y aire, la biotecnología tiene un protagonismo importante mediante sus diversos métodos propios en aplicación y relación con diversos avances científicos de otros campos, un claro ejemplo de estas aplicaciones podría ser la biorremediación en búsqueda de mejorar la calidad ambiental a nivel mundial Producción e industria: Los principales problemas ambientales tienen origen en el desarrollo industrial y tecnológico, es por eso que la biotecnología intenta desarrollar diversos métodos y procesos para todas las industrias posibles favoreciendo no solamente en el campo ambiental, sino también en la reducción de costos de producción y sostenibilidad de los recursos naturales. Reciclaje: Para poder mejorar la sostenibilidad del consumo de bienes demandados por la sociedad es necesaria la recuperación de materia inservible denominado residuos, a esta recuperación se le denomina reciclaje. A través de enfoques biotecnológicos y ambientales se busca dar una solución a la posible escasez de recursos naturales mediante el reciclaje.
Enfoques metodológicos aplicados por la biotecnología ambiental
1. Biorremediación: La biorremediación una herramienta de protección Ambiental Actualmente, es un área de creciente interés. La biorremediación se define como una práctica espontánea en la que se utilizan procesos biotecnológicos que utilicen microorganismos, hongos, plantas o los enzimas derivados de ellos. para degradar, transformar o recuperar contaminantes a una forma menos tóxica o no tóxica, eliminando así la contaminación ambiental. En otras palabras, es una tecnología para eliminar contaminantes del medio ambiente restaurando así el entorno natural original y prevenir una mayor contaminación. Las técnicas de biorremediación dependen de la identificación de las propiedades fisiológicas y metabólicas los microorganismos y su relación con el entorno de actuación, esto quiere decir que se debe de estudiar al microorganismo, el ambiente y las características del contaminante que se desea eliminar, pues el microorganismo debe de ser estable en su entorno para ser efectivo. Por medio de la ingeniería genética, la biotecnología ha provocado la rápida producción de bacterias. a) Biorremediación en el lugar: Se aplica a la degradación de contaminantes en suelos saturados y agua subterránea Es un método superior para limpiar contaminados entornos, ya que es más barato y utiliza inofensivo Los organismos microbianos degradan los productos químicos. ya sea la estimulación de indígenas o naturales poblaciones microbianas (alimentándolas con nutrientes y oxigeno o aumento de su actividad metabólica) o introducción de ciertos microorganismos manipulados al sitio de contaminación. b) Biorremediación desde el sitio: los procesos requieren excavación de tierra contaminada o bombeo de agua subterránea para facilitar la degradación biológica y procesos biológicos sobre reacciones microbianas útiles, incluida la degradación y desintoxicación de sustancias orgánicas peligrosas, nutrientes inorgánicos, transformación de metales, aplicada a residuos gaseosos y sólidos. Debemos mencionar que la biorremediación es el concepto para el uso de los recursos microbiológicos. 2. Recursos Microbiológicos Un concepto muy utilizado en la biotecnología ambiental es el de Manejo de los Recursos Microbiológicos (MRM), es decir la adecuada gestión de las comunidades microbianas naturales con el fin de ser utilizadas para la resolución de problemas ambientales. Para analizar las posteriores actividades de interés, es importante conocer los microorganismos necesarios para tratar un contaminante, para su identificación rápida y eficaz existen 2 principales enfoques metodológicos usados en los estudios de la biotecnología ambiental a) Las metodologías basadas en el aislamiento del microorganismo de interés y en la caracterización de sus funciones metabólicas a partir de su estudio en el laboratorio mediante su cultivo puro, esto implica el seguimiento y la interpretación del análisis de sus funciones biológicas individualmente, como expuesto a contaminantes determinados. La limitación de este método se debe principalmente a las situaciones generadas en el laboratorio y a la información que se deriva de ello, pues las condiciones de cultivo dificultan la transferencia de los resultados obtenidos en un laboratorio al ámbito de interés o incluso no es posible interpretar la información obtenida en el laboratorio. Esta metodología está basada en el aislamiento, en consecuencia, de la complejidad de los consorcios microbianos (asociación natural de dos o más poblaciones microbianas, de diferentes especies, que actúan conjuntamente como una comunidad en un sistema complejo, donde todos se benefician de las actividades de los demás.) y sus interacciones con el entorno.
b) Las metodologías basadas en el análisis del consorcio microbiano considerándolo como una unidad fundamental, las aplicaciones basadas en este método pueden brindar resultados más empíricos (que está basado en la experiencia y observación de los resultados), además que puede ser aplicada en determinadas circunstancias prácticas, no obstante, presenta la limitación de no detectar estructuras y/o grupos relevantes fisiológicamente en el consorcio, por lo tanto se pierde la posibilidad de intervención sobre estos, esto implica el desconocimiento de cuáles son los organismo que están satisfaciendo los resultados buscados y con ello la exactitud del estudio. Si se realiza usa selección de manera artificial de todos los microorganismos presentes en el entorno ambiental donde se realiza el estudio a menudo resultan ser muy malos competidores en entornos naturales La combinación de estos enfoques metodológicos no resulta ser sencillo, aunque, las nuevas técnicas moleculares nos permiten explorar y comprender el funcionamiento de los consorcios microbianos, los estudio de las metodologías detalladas anteriormente no retrasa los avances de la biotecnología ambiental debido a que estos emplean mecanismo activos para el mantenimiento de los microorganismos y del metabolismo, los procesos naturales de selección microbiana ayuda en la separación de microorganismos que no son de interés para el estudio. Actividades de interés actual de la biotecnología. Como se mencionó anteriormente, la biotecnología actualmente tiene 5 grandes ámbitos de aplicación e incluiremos algunos adicionales que presentan interés, y su impacto cada vez es más importante en conjunto con su desarrollo tecnológico. 1) El Cambio Climático Actualmente el CO 2 tiene un gran impacto ambiental como gas invernadero Por ello la biotecnología proyecta la verificación del gas mediante el suelo, así como la posibilidad de retener grandes cantidades de carbono en el suelo mediante cambios significativos los métodos agrícolas Tradicionales, Se convertiría en una aportación de la biotecnología ambiental y en particular de la biotecnología microbiana, a la regulación del cambio climático que tal vez nos podría afectar durante las próximas décadas. Podemos ver otro punto de vista relacionado con este ámbito es el control o la prevención de las emisiones de metano originado por desechos de prácticas agrícolas y de sistemas naturales. Aunque están en fase de estudio, existen algunas metodologías para intentar eliminar metano atmosférico a través de bacterias metano tróficas del suelo Boecks et al. , 1997; Mohanty et al. , 2006). 2) Energías alternativas y Bioenergía La disponibilidad de nuevas fuentes energéticas renovables se está convirtiendo en un objetivo tecnológico de mucho interés. Tenemos que indicar que el aporte hacia este ámbito por parte de los microorganismos presenta limitaciones, Muchas de las propuestas se han quedado a escala experimental de laboratorio o como mucho en ensayos de planta piloto. No obstante, no podemos despreciar algunos aportes, como por ejemplo la síntesis de hidrogeno por parte de nuevas cepas de arqueobacterias o la producción de la llamada bioelectricidad mediante los generadores microbianos de energía dentro de una escala muy modesta ( microbial fuel cells ). Otras potenciales fuentes energéticas alternativas se desarrollan a través de la bioenergética en relación con otras ciencias como la ingeniería genética aplicada a los microorganismos. Entre los más destacables podemos mencionar
- Metales pesados, cianuros y otras sustancias orgánicas toxicas que son perjudiciales para la vida acuática.
- Niveles indeseables de nitrógeno y fosforo, que aumentan la eutrofización (crecimiento excesivo de plantas que eliminan la fauna debido a la falta de oxígeno) y estimulan el crecimiento indeseable de algas
- Materiales químicos y volátiles no biodegradables como H 2 S y SO 2. Es una tarea muy compleja encontrar el tratamiento específico de microrganismo adecuados para un determinado tipo de aguas residuales, con el propósito de eliminar solidos coloidales (sistema formado por dos fases) no sedimentables y degradar contaminantes específicos como compuestos orgánicos de N y P, metales pesados y compuestos clorados contenidos en aguas residuales, se suele usar plantas de desechos especializados que contienen poblaciones microbianas seleccionadas y aclimatadas, para tratar efluentes industriales. El tratamiento biológico de las aguas residuales es mejor porque no solo elimina el color, si no también que ayuda a eliminar materia orgánica carbonosa de las aguas residuales, que se mide como demanda biológica o química de oxígeno. El propósito del tratamiento biológico es la estabilización del agua hacia los niveles de calidad necesarios para la sostenibilidad. Un método usado en la actualidad es el Biotratamiento aeróbico pues este método aborda interacciones entre especies, y gracias a las rápidas tasas de crecimiento y de reacción, hacen del tratamiento de aguas residuales el proceso apropiado para la aplicación de todas las herramientas biotecnológicas.
En un reactor biológico de tratamiento de aguas conviven numerosas especies de microorganismos, desde virus hasta rotíferos o nematodos, aunque el grupo más importante es el de las bacterias. El objetivo del reactor biológico es el de degradar adecuadamente los contaminantes (macro y micro contaminantes) por lo que el primer objetivo del biotecnólogo es el de optimizar la biodegradación/eliminación de, sobre todo, los compuestos. 5) Eliminación de metales pesados del medio ambiente. Los metales pesados se encuentran en el medio natural pero cuando su concentración aumenta debido a causas antropogénicas (impacto del humano sobre el medio ambiente) puede interrumpir los ciclos biogeoquímicos normales provocando grandes problemas ambientales, hay muchas industrias que emiten metales contaminantes como por ejemplo las empresas de industrias de baterías, pinturas, insecticidas, conservantes, etc. Los métodos convencionales para eliminar los metales pesados de los efluentes industriales como por ejemplo, la reducción química de óxidos, intercambio iónicos, osmosis inversa, tratamiento electroquímico no solamente a menudo son ineficaces si no también son costosos en comparación, a los procesos de eliminación biológica, esto se demuestra con los resultados positivos y eficaces de la eliminación de metales pesados de los desechos acuosos con microorganismos, pues estos tienen una gran capacidad para acumular metales y su uso potencial en la descontaminación del medio ambiente, atacado por metales tóxicos. La absorción de metales por los microorganismos puede ocurrir de forma activa (bioacumulación) y/o pasiva (bioadsorción) se ha sugerido que numerosos grupos químicos (hidroxilo, carbonilo, carboxilo, sulfhídrico, amina, amida entre otros) contribuyan a la unión de metales por bioadsorción por organismos completos como algas y bacterias.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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