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Biotecnología y reducción de toxicidad de minerales

La eficacia de determinados procesos biotecnológicos podría determinar el consumo de alimentos cada vez más seguros

A pesar de que el empleo de sistemas biológicos en los procesos industriales ha sido usado desde tiempos inmemoriales en la producción de vino, cerveza o pan, entre otras aplicaciones, es ahora cuando se han publicado artículos en los que se valora la aplicación de diversos sistemas que permiten la reducción de la presencia de minerales con elevada toxicidad en el medio ambiente.

Si tenemos en cuenta, además, que las aguas que se contaminan con estos minerales acaban, casi siempre, en sistemas alimentarios, podremos entender que la eficacia de estos procesos va a determinar el consumo de alimentos cada vez más seguros.

El sistema considera que, al existir diversos grupos bacterianos con capacidades oxidativas, se puede conseguir la concentración, el secuestro y la posterior inactivación de diversos minerales tóxicos. El fenómeno se ha conocido desde hace tiempo como lixiviación bacteriana, o bio-oxidación de sulfuros.

Funcionamiento del sistema

Este nuevo sistema puede definirse como un proceso natural de disolución que resulta de la acción de un grupo de bacterias, de los géneros Thiobacillus, Geobacteraceae y Desulfovibrionaceae, con capacidad para oxidar minerales sulfurados. La consecuencia es que se permite la liberación de los metales contenidos en ellos. Durante muchos años se ha pensado que era un proceso netamente químico, mediado por agua y oxigeno atmosférico. El descubrimiento de estos microorganismos ha sido primordial en la definición de la lixiviación como un proceso catalizado biológicamente.

El producto final de la biolixiviación es una solución ácida que contiene el metal en su forma soluble. En consecuencia, se puede concentrar y extraer, con lo que se puede eliminar del medio ambiente. Además, se ha evidenciado que el uranio se concentra, especialmente, en la superficie de las células microbianas. Estas evidencias indican que, aumentando la biomasa microbiana, conseguiremos una retirada de los residuos del medio, con una posible concentración y extracción posterior.

La tecnología microbiana presenta ventajas sobre los métodos no biológicos, como el hecho de que requiere poca inversión de capital (las bacterias pueden ser aisladas del medio natural o almacenadas en colecciones); tiene bajos costos de operación y una relativa ausencia de contaminación ambiental durante el proceso.

Microorganismos implicados

Nuevos estudios evidencian la posible reducción de la toxicidad de determinados minerales como el uranio y el cobre Los microorganismos responsables de la disolución de los metales a partir de minerales son, principalmente, organismos quimiosintéticos y autotróficos, capaces de oxidar compuestos inorgánicos como iones ferroso (Fe(II)) y azufre, los que le sirven de fuente primaria de energía. El carbono necesario para su arquitectura celular lo obtiene por fijación de CO2, de manera similar a las plantas verdes.

Los mecanismos de lixiviación son directos e indirectos. La diferencia es quién genera la oxidación. Si ésta es producida por sustancias generadas biológicamente, se denomina directa. En caso contrario, los microorganismos pueden actuar pero no son imprescindibles, por lo que se define como indirecta.

El efecto de ciertos factores ambientales sobre el desarrollo y crecimiento de las bacterias juega un papel fundamental dentro del proceso. Por este motivo es de mucha importancia el control de factores, como el pH, la presencia de oxígeno, la temperatura, la influencia de la luz, los requerimientos nutricionales, el tamaño de partícula, y el efecto de inhibidores, entre otros.

PERSPECTIVAS FUTURAS

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La aplicación de los procesos biotecnológicos para la depuración o recuperación de metales tiene numerosas posibilidades. Los microorganismos pueden ser utilizados como agentes floculantes o como colectores en los procesos de flotación de minerales. La capacidad de muchos microorganismos de poder adherirse a superficies sólidas, gracias a la interacción existente entre la carga eléctrica de la pared celular y las condiciones hidrofóbicas, modificando la superficie del mineral, puede permitir su flotación y floculación (empleado en la separación de las fases sólida y líquida).

Otra área de enorme interés es el empleo de microorganismos heterótrofos como herramienta para la lixiviación de sistemas no sulfurados. Tal es el caso del empleo de un esquema de lixiviación que permitiría incrementar enormemente las reservas explotables de níquel. También el empleo de heterótrofos en la lixiviación de menas de manganeso, plata y fosfato podría incrementar el número de reservas para estos minerales de forma importante. Su empleo radica en la enorme ventaja que aporta su rápida velocidad de crecimiento.

La biodegradación de compuestos tóxicos orgánicos representa otro rubro importante de aplicación de los procesos biológicos. Debemos recordar que una amplia variedad de sustancias, tóxicas y no tóxicas, pueden ser descargadas al medio ambiente como consecuencia de las operaciones mineras. Muchos de estos compuestos son productos químicos complejos empleados en flotación y en procesos hidrometalúrgicos.

Asimismo, se reconoce la habilidad de ciertos microorganismos o de sus enzimas de degradar, bajo ciertas condiciones, cianuro empleado en la recuperación de oro y plata. Un ejemplo, a nivel industrial, lo representa la planta de Homestake, en Estados Unidos, que viene funcionando desde 1984 y que emplea una cepa nativa de Pseudomonas.

También es de potencial importancia el empleo de ciertas especies vegetales en la prospección geológica de yacimientos minerales, como en la limpieza y recuperación de suelos contaminados con iones metálicos pesados. Aunque el empleo de plantas u organismos completos escapa a la definición de biotecnología, el uso de éstas permitirá centrar su aplicación en áreas donde se tiene depósitos de relaves antiguos o en zonas urbanas caracterizadas por su alto grado de contaminación.

Bibliografía

Suzuki Y., Kelly S.D., Kemner K.M. y Banfield J.F. 2005. Direct Microbial Reduction and Subsequent Preservation of Uranium in Natural Near-Surface Sediment. Appl. Environ. Microbiol. 71(4):1790-1797.

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