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Problemática a resolver: biorremediación con bacterias degradadoras de hidrocarburos, Exámenes de Microbiología Ambiental

Situación problemática resuelta donde debíamos responder preguntas sobre la intervención de sitios contaminados por derrame accidental de herbicidas.

Tipo: Exámenes

2020/2021

A la venta desde 06/07/2025

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Situación problemática
Intervención de sitios contaminados por derrame accidental de
herbicidas
La Agricultura es una actividad donde se introducen deliberadamente en el
medio ambiente sustancias químicas de diversas estructuras, y la
consecuencia indirecta de su aplicación es la generación residuos acumulables
en el ambiente. Estos residuos pueden ocasionar graves problemas de
contaminación debido a su permanencia y acumulación en el suelo, a su
movilidad en el agua, el suelo y el aire, favoreciendo la contaminación de
territorios alejados de la zona original de aplicación, entre los que se
encuentran cursos de aguas superficiales y subterráneas. Como
Microbiólogos/as trabajan en un laboratorio privado que brinda soluciones en
temas de contaminación con plaguicidas y les proponen desarrollar
estrategias para disminuir los niveles de herbicidas en sitios contaminados
por derrame accidental de herbicidas comerciales a base de glifosato.
Responder:
El primer paso es considerar los aspectos generales de estas sustancias químicas
1) ¿Qué características definen a los herbicidas?,¿Cómo influye el tipo de
herbicida contaminante respecto a la rapidez de su biodegradación? ¿Qué
otros factores influyen en su degradación en el ambiente? ¿Cómo se
distribuyen en los ecosistemas?
Los herbicidas son un tipo de plaguicidas utilizados para combatir malezas. Son
sustancias químicas orgánicas (hidrocarburos) producidas por el hombre de
degradación lenta.
En cuanto a la rapidez de la biodegradación del herbicida, hay que tener en cuenta la
estructura química del mismo. Cuando la estructura de un plaguicida se asemeja a la de
un compuesto natural, su degradación va a ser mucho más fácil, más rápida. Además,
cuanto más sustituida está la estructura del plaguicida, más compleja es la molécula y,
por ende, más complicado va a ser par degradarse. También hay que tener en cuenta
la naturaleza de éstas sustituciones; los herbicidas organoclorados son más tóxicos,
menos degradables, que aquellos organofosforados.
Asimismo, hay factores ambientales que también influyen en la degradación de estos
compuestos. El oxígeno, por ejemplo, es necesario para estos procesos de degradación,
ya que son procesos aérobicos. La materia orgánica presente en el suelo también es de
suma importancia ya que los nutrientes presentes en el sustrato van a favorecer a
aquellos microorganismos que estén llevando a cabo estos procesos de degradación.
La humedad del suelo y la carga de las moléculas de los herbicidas también van a
afectar este proceso porque aquellas moléculas hidrofóbicas y con carga positiva no van
a estas disponibles para su degradación ya que van a ser de baja solubilidad. Esto va a
dificultar la unión del plaguicida con el microorganismo al estar muy adsorbidas (las
moléculas del agrotóxico) con las partículas del suelo. También se debe tener en cuenta
la temperatura y las concentraciones de sales de estos ambientes, ya que estos
microorganismos suelen estar presentes en sustratos donde hay constantemente
plaguicidas y fertilizantes, es decir, hay una alta concentración de sales, por lo que son
halotolerantes.
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Situación problemática

Intervención de sitios contaminados por derrame accidental de

herbicidas

La Agricultura es una actividad donde se introducen deliberadamente en el medio ambiente sustancias químicas de diversas estructuras, y la consecuencia indirecta de su aplicación es la generación residuos acumulables en el ambiente. Estos residuos pueden ocasionar graves problemas de contaminación debido a su permanencia y acumulación en el suelo, a su movilidad en el agua, el suelo y el aire, favoreciendo la contaminación de territorios alejados de la zona original de aplicación, entre los que se encuentran cursos de aguas superficiales y subterráneas. Como Microbiólogos/as trabajan en un laboratorio privado que brinda soluciones en temas de contaminación con plaguicidas y les proponen desarrollar estrategias para disminuir los niveles de herbicidas en sitios contaminados por “derrame accidental” de herbicidas comerciales a base de glifosato. Responder: El primer paso es considerar los aspectos generales de estas sustancias químicas 1) ¿Qué características definen a los herbicidas?,¿Cómo influye el tipo de herbicida contaminante respecto a la rapidez de su biodegradación? ¿Qué otros factores influyen en su degradación en el ambiente? ¿Cómo se distribuyen en los ecosistemas? Los herbicidas son un tipo de plaguicidas utilizados para combatir malezas. Son sustancias químicas orgánicas (hidrocarburos) producidas por el hombre de degradación lenta. En cuanto a la rapidez de la biodegradación del herbicida, hay que tener en cuenta la estructura química del mismo. Cuando la estructura de un plaguicida se asemeja a la de un compuesto natural, su degradación va a ser mucho más fácil, más rápida. Además, cuanto más sustituida está la estructura del plaguicida, más compleja es la molécula y, por ende, más complicado va a ser par degradarse. También hay que tener en cuenta la naturaleza de éstas sustituciones; los herbicidas organoclorados son más tóxicos, menos degradables, que aquellos organofosforados. Asimismo, hay factores ambientales que también influyen en la degradación de estos compuestos. El oxígeno, por ejemplo, es necesario para estos procesos de degradación, ya que son procesos aérobicos. La materia orgánica presente en el suelo también es de suma importancia ya que los nutrientes presentes en el sustrato van a favorecer a aquellos microorganismos que estén llevando a cabo estos procesos de degradación. La humedad del suelo y la carga de las moléculas de los herbicidas también van a afectar este proceso porque aquellas moléculas hidrofóbicas y con carga positiva no van a estas disponibles para su degradación ya que van a ser de baja solubilidad. Esto va a dificultar la unión del plaguicida con el microorganismo al estar muy adsorbidas (las moléculas del agrotóxico) con las partículas del suelo. También se debe tener en cuenta la temperatura y las concentraciones de sales de estos ambientes, ya que estos microorganismos suelen estar presentes en sustratos donde hay constantemente plaguicidas y fertilizantes, es decir, hay una alta concentración de sales, por lo que son halotolerantes.

También influye el hecho de que si los microorganismos han estado previamente expuestos a los herbicidas o no. Si han estado expuestos, el tiempo de adaptación que tengan frente a estos compuestos va a ser mucho más corto y van a ser capaces de degradarlos más rápido. Su distribución en el ecosistema, cuando se aplica el herbicida:

  • Parte del agrotóxico se une a las partículas del suelo (depende de la afinidad química), si se une el herbicida queda ligado e inmóvil.
  • Otra parte es absorbido por las plantas. También, parte del herbicida puede quedar libre y:
  • Ser degradado por los consorcios microbianos.
  • Es vaporizado hacía la atmósfera y vuelve al suelo con las precipitaciones.
  • Cuando se producen lluvias el herbicida puede escurrir hacía las aguas superficiles como una laguna (escorrentia superficial).
  • Ocurre el lixiviado que es el descenso del herbicida a las capas más profundas del suelo, y luego termina en los cuerpos de agua superficiales y subterráneas. **El segundo paso es decidir si aplican métodos convencionales de remediación o deciden optar por la biorremediación.
  1. ¿Qué ventajas obtendrían si optan por un método de bioremediación? ¿Cuál o cuáles podrían aplicar y por qué? Fundamenten las respuestas** La ventaja al optar por la biorremediación es el tiempo de degradación. Al optar por este procedimiento se reduce este tiempo en comparación con la biorremediación natural. Se podría aplicar la bioaugmentación y/o la bioestimulación dependiendo de si el sitio contaminado estuvo previamente expuesto a plaguicidas o no. Si no estuvo expuesto al glifosato, la mejor opción sería hacer una bioaugmentación con poblaciones microbianas alóctonas ya que no conocemos el microbioma del suelo. Si el suelo ya estuvo expuesto a este agroquímico, habría que bioestimularlo, ya que sabemos de antemano que en ese sitio hay presencia de microorganismos capaces de degradar estos compuestos. Esto lo haríamos para que la población de microorganismos degradadores de glifosato presentes en el suelo aumenten su número. Después de esto, se le podría complementar con una bioaugmentación con microorganismos degradadores suponiendo que conocemos el microbioma del mismo. **El tercer paso es avanzar en la búsqueda de microorganismos con capacidad de degradar glifosato en el suelo contaminado.
  2. ¿De qué sitios consideran adecuado realizar la toma de las muestras para aislar microorganismos con esta característica? ¿Qué componentes debería contener el medio de cultivo para permitir el desarrollo de estos microorganismos? ¿Realizarían enriquecimiento previo al aislamiento? ¿Durante cuánto tiempo y bajo qué condiciones ambientales realizarían la incubación? Fundamenten todas las respuestas anteriores.** La toma de muestras se debería realizar de un campo que viene estando expuesto desde hace mucho tiempo, muchos años, a este agroquímico, para así asegurarnos de encontrar y poder aislar en el laboratorio aquellos microorganismos degradadores de este herbicida.

Una vez incubado, debemos analizar si la cepa que aislamos e incubamos en el microcosmos desarrolló, por lo que se toma una muestra y se vuelve a aislar microorganismos para analizar si esa población que yo ingresé en ese ecosistema se mantuvo y en qué cantidad se encuentra. También debemos analizar si estas cepas lograron degradar el herbicida por lo que deberíamos medir el glifosato residual y los metabolitos de degradación. 7) ¿Qué enzimas o pasos metabólicos importantes consideran que deberían estar presentes en las cepas aisladas para asegurar la degradación del herbicida glifosato? Las enzimas más importantes en las cepas aisladas degradadoras de glifosato son: en vía de la sarcosina: la C-P liasa rompe el enlace entre el carbono y el fósforo (elimina grupo fosfato; pasa a tener menos toxicidad). Luego la sarcosina oxidasas incorpora O 2. Por otro lado, en la vía del AMPA es importante la glifosato óxido reductasa porque rompe la unión entre el C y el N. La molécula que resulta, el AMPA, sigue siendo igual de tóxica entonces se necesita que ocurran más pasos para que el grupo fosfato se elimine. 8) Considerando el ecosistema suelo, realizar una descripción donde se establezca alguna vinculación con grupos microbianos desarrollados en otros temas de la asignatura. En el ecosistema suelo podemos encontrar microorganismos del género Bacillus y Streptomyces que son capaces de degradar hidrocarburos. Otras características de estos grupos microbianos desarrollados con anterioridad en la materia, son la producción de biosurfactantes por parte de ambos grupos y de bioherbicidas por parte de Streptomyces. Los biosurfactantes son macromoléculas que favorecen el contacto entre el hidrocarburo y el agua, solubilizándolo y favoreciendo la biodisponibilidad. Mientras que los bioherbicidas producidos por Streptomyces sirven para controlar distintos tipos de malezas en los cultivos.