ENFOQUES BIOLÓGICOS INNOVADORES PARA EL SEGUIMIENTO Y LA MEJORA DE LA CALIDAD DEL AGUA

INTRODUCCIÓN

Las actividades antropogénicos, tales como la manufactura, la minería y la agricultura, han llevado a un aumento de alcance de química (orgánica e inorgánica) y biológico (como por ejemplo, bacterias, levaduras, hongos y algas) contaminantes en los ambientes acuáticos. La contaminación de lagos, ríos, océanos, embalses y aguas subterráneas no sólo afecta a los organismos vivos dentro de estos cuerpos de agua, pero también puede afectar a toda la biosfera.

Las enfermedades relacionadas con la contaminación del agua de consumo tienen una gran repercusión en la salud de las personas. Las medidas destinadas a mejorar la calidad del agua de consumo proporcionan beneficios significativos para la salud.

MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AGUAEl agua dulce es un recurso finito ya que es esencial para la agricultura, la industria y las necesidades básicas de la existencia humana. El monitoreo de la calidad del agua es una herramienta fundamental en el manejo de los recursos de aguas dulce

DETECCIÓN DE CONTAMINANTES USO PLENARIO DE CÉLULAS NATURAL EXISTENTE MICROBIANA BIOSENSORES

En los últimos años se ha desarrollado un gran número de biosensores microbianos para aplicaciones medioambientales, alimentarias y biomédicas. Estos biosensores (Figura 1) son dispositivos analíticos que surgen de la combinación de un microorganismo en contacto íntimo con un transductor físico adecuado, en el que se genera una señal medible proporcional a la concentración de analito/s. En ellos se utilizan, como sustitutos de las enzimas libres, tanto células no viables, preparadas por métodos diversos, puntos.

DETECCIÓN DE CONTAMINANTES USO:BIOSENSORES MICROBIANOS DERIVADOS SINTÉTICAMENTE

Un biosensor es un instrumento para la medición de parámetros biológicos o químicos. Suele combinar un componente de naturaleza biológica y otro físico-químico. Se compone de tres partes:

• El sensor biológico: Puede ser un tejido, un cultivo de microorganismos, enzimas, anticuerpos, cadenas de ácidos nucleicos, etc. El sensor puede ser tomado de la naturaleza o ser un producto de la biología sintética.

• El transductor: Acopla los otros dos elementos y traduce la señal emitida por el sensor.

• El detector: Puede ser óptico, piezoeléctrico, térmico, magnético, etc.

BIOSENSORES MICROBIANOS DERIVADOS SINTÉTICAMENTELa Biología sintética está permitiendo el diseño sistemático de biosensores de células enteras. Un gen indicador se coloca bajo el control de un promotor que es transcripcionalmente activo en la presencia de un contaminante específico. Numerosos elementos reguladores se han identificado que responden a los contaminantes orgánicos específicos y metales pesados que se encuentran en el agua contaminada. Los elementos reguladores controlan la transcripción de genes indicadores cuya expresión produce una fluorescencia detectable y cuantificable, luminiscente o señal electroquímica.

Biosensores microbianos derivados sintéticamente se crean a menudo utilizando cepas de laboratorio comunes de Escherichia coli. Si bien estos sistemas un funcionales en E. coli, un reto importante se encuentran en la aplicación en el mundo real de estos biosensores para la detección de contaminantes en entornos acuáticos. Los biosensores se están desarrollando usando microbios que habitan en el medio acuático de interés.

BIOSENSORES MICROBIANOS DERIVADOS SINTÉTICAMENTE

Las cianobacterias, que habitan en ambientes marinos y de agua dulce, han sido diseñadas para detectar y proporcionar una señal medible en respuesta a una serie de contaminantes. Cianobacterias genéticamente modificadas han sido utilizadas como bioindicadores en in situ para el exceso de nutrientes, contaminantes orgánicos y metales pesados en el agua. Una amplia gama de cepas han sido diseñadas como eco toxicidad en general, el nitrógeno, amonio, nitrato, nitrito, fósforo y metales pesados a los periodistas mediante la luciferasa en una luz o luces de respuesta.

El uso de microorganismos electroactivos como biosensores de células enteras permite la integración de salidas microbianas en señales electroquímicas. La capacidad de estos organismos para transferir electrones desde y hacia los electrodos se ha estudiado ampliamente para numerosos procesos biotecnológicos, incluyendo su uso potencial en dispositivos de detección autónomas.

          

BIOSENSORES MICROBIANOS DERIVADOS SINTÉTICAMENTE

MEJORAR LA CALIDAD DEL AGUA:LA ELIMINACIÓN MEJORADA DE LOS CONTAMINANTES ORGÁNICOS Y METALES PESADOS A TRAVES DE LA EXPLOTACIÓN DE COMUNIDADES MICROBIANAS ASOCIADAS A MACRÓFITOS

El exceso de nitrógeno y fósforo en el agua provoca la proliferación de algas que resulta en la disponibilidad de oxígeno reducido, recursos alimentarios y los hábitats que los peces y otros organismos acuáticos necesitan para sobrevivir. Los florecimientos de algas también son perjudiciales, ya que producen toxinas elevadas y pueden resultar en un aumento del crecimiento bacteriano. La reversión de la eutrofización y la reducción de nitrógeno, fósforo o ambos, es el método más rentable para mejorar la calidad del agua. Sin embargo, los procesos específicos son conocidos por ser crucial para la eliminación de estos elementos.

La nitrificación, realizada principalmente por las bacterias de la familia Nitrobacteraceae, es un proceso que reduce los compuestos nitrogenados del medio ambiente. Este paso limitante de la velocidad se puede aumentar cuatro veces a través de la utilización de plantas vasculares que viven en o cerca del agua (macrófitos) que crean oxigenada en la rizosfera y promueven la nitrificación. Numerosos estudios en campo han demostrado que las interacciones microbios macrófitos son responsables de la eliminación de la materia orgánica en una gama de ambientes de agua contaminadas.

Este enfoque es una estrategia de medio ambiente para eliminar el exceso de nutrientes y contaminantes orgánicos. Además de degradar el exceso de nutrientes y contaminantes orgánicos, microorganismos macrófitos asociada también facilitan la absorción de metales pesados, un paso crucial en el proceso de fitorremediación.

LA ELIMINACIÓN MEJORADA DE LOS CONTAMINANTES ORGÁNICOS Y REDUCCIÓN DE METALES PESADOS VIA EXPLOTACIÓN DE COMUNIDADES MICROBIANAS: BIODEGRADATIVO Y ELECTROACTIVOS

La biorremediación de agua contaminada puede ocurrir a través de procesos innatos realizados por microbios, que implican la utilización de contaminantes como fuente de nutrientes o energía. Las capacidades de crecimiento y de biodegradación de estos microbios se pueden mejorar mediante la adición de ciertos nutrientes que promueven la proliferación de especies bacterianas beneficiosas o la adición de aceptores de electrones / donantes terminales.

• Las comunidades microbianas estimuladas son capaces de convertir los contaminantes orgánicos e inorgánicos en formas no peligrosos o menos peligrosos a través de oxidación o reducción. Estas habilidades innatas pueden mejorarse aún más a través de la modificación genética de los genes reguladores y / o metabólicos.

• Microorganismos electroactivos pueden utilizar metales pesados y elementos como receptores de electrones terminales o reducirlos a través de mecanismos de desintoxicación. La capacidad innata de estos microorganismos para reducir iones de metales pesados y otros contaminantes puede ser mejorada para la eliminación óptima de los contaminantes químicos utilizando superficies sólidas.

EL CONTROL DE LA ABUNDANCIA DE CONTAMINANTES BIOLÓGICOS USANDO FAGOS.

Bacteriófagos

Los bacteriófagos o fagos son los organismos más abundantes en la tierra - alrededor de 100 mil millones de partículas virales se pueden encontrar en un litro de agua. Desempeñan un papel fundamental en la dinámica del océano, debido a la eliminación diaria del 20% al 40% de la población total de bacterias en la tierra.

LA FAGOTERAPIA

La fagoterapia es un proceso que permite la eliminación de un subconjunto seleccionado de las poblaciones microbianas dentro de una comunidad asociada con el agua.

En la acuacultura, la fagoterapia se evaluó por primera vez en la década de 1980 para controlar la septicemia (por Aeromonas) y Edwardsiellosis en lochas (peces), y más tarde para controlar la vibriosis en chanos, así como problemas en otras especies.

La proliferación excesiva de bacterias filamentosas en sistemas de lodos activados es una preocupación importante, que afecta a la separación fundamental de las fases sólida y líquida en tanques de sedimentación. Estos procesos son esenciales para el tratamiento de aguas residuales y se conocen como aportador de volumen de lodos y formación de espuma. Un enfoque atractivo para prevenir o eliminar lodo hinchado y formación de espuma causada por contaminantes biológicos en plantas de tratamiento es el uso de fagoterapia. El uso de fagos líticos que se dirigen a las bacterias causantes es específico, relativamente barato y respetuoso del medio ambiente.

EL CONTROL DE LA ABUNDANCIA DE CONTAMINANTES BIOLÓGICOS USANDO FAGOS.

CONCLUSIONES

Actualmente se utiliza métodos físico-químicos para eliminar los metales pesados los cuales no son eficaces a bajas concentraciones, pero podrían ser superados con el uso de enfoques biológicos.

Los enfoques biológicos descritos podrían servir como técnicas complementarias a los tratamientos químicos y permitir mediciones en tiempo real para la detección rápida de contaminantes y el tratamiento de aguas contaminadas.

Los enfoques innovadores descritos pueden ser utilizados en conjunción con las tecnologías existentes para mejorar los procesos de biodegradación y biosensores.

La fagoterapia podría ser utilizada para combatir especies bacterianas patógenas sirviendo así como un enfoque rentable y respetuosa del medio ambiente al tratamiento de agua contaminada biológicamente.

GRACIAS