Microorganismos ambientales para oxidar y eliminar metales del agua

Cada 22 de marzo se conmemora el Día Mundial del Agua. Instaurada por la Asamblea General de las Naciones Unidas en 1992, la fecha apunta a concientizar sobre la importancia de la sustentabilidad de este recurso fundamental para la vida y para los seres humanos, además de un derecho inalienable.

Si bien un tercio del agua dulce disponible del planeta se encuentra en Latinoamérica, recientes reportes de la UNESCO señalan que 166 millones de personas aún no tienen acceso a sistemas seguros de abastecimiento de agua en esta parte del continente.

Argentina se ubica dentro de los países de la región con mayor cobertura de los servicios de agua potable, más del 80% de la población tiene acceso a la red, aunque aún persiste un porcentaje que debe abastecerse de este recurso mediante formas alternativas.

Fuera de los conglomerados, muchas comunidades se encuentran alejadas de los centros de distribución de agua potable y usualmente se abastecen de aguas subterráneas para consumo. Estas aguas suelen contener metales, como el hierro y el manganeso, que están presentes naturalmente en la tierra y se van incorporando en las napas de agua subterráneas. Su remoción es importante no solo para la salud sino también para la conservación de los sistemas de distribución que se corroen por la presencia de los óxidos y dan al agua un sabor metálico.

Un gran problema y una “micro” solución

Para remover estos metales y obtener un agua segura, muchas comunidades utilizan con éxito sistemas de filtración biológica donde el agua subterránea pasa por filtros de grava y arena. Allí, los metales son oxidados por la acción de microorganismos y quedan retenidos en el filtro y, por lo tanto, son eliminados del agua. Dentro de los microorganismos presentes en el agua que pueden colonizar estos sustratos, se destacan las bacterias oxidadoras de manganeso que pueden de crecer en forma de “biofilm”. Esto les permite adherirse a la arena del filtro, desarrollando una estructura muy densa de células que oxida y retiene los metales.

En la provincia de Santa Fe, el Centro de Ingeniería Sanitaria que depende de la Facultad de Ingeniería de la UNR, ha instalado estos filtros en varias localidades para cubrir el suministro de agua potable. A veces sucede que en el agua hay muy poca cantidad de estas bacterias oxidadoras de metales, entonces la remoción efectiva del manganeso puede demorarse entre seis meses y un año, el tiempo que le lleve a las bacterias reproducirse y formar un biofilm adheridas al filtro.

Ante esta problemática, desde el 2013 se lleva adelante un proyecto conjunto con el laboratorio de “Microorganismos de interés agronómico y ambiental” del Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR, CONICET-UNR) que busca desarrollar un inóculo bacteriano para aplicar en los filtros y acelerar el proceso de eliminación del manganeso del agua para consumo.

Natalia Gottig, investigadora del consejo en el IBR y coordinadora del proyecto, cuenta que recorrieron varias localidades de la provincia tomando muestras de arena de los filtros que se encontraban funcionando con alta tasa de remoción de manganeso. “A partir de ahí hicimos un montón de trabajo en el laboratorio aislando y seleccionando las bacterias presentes, buscando cuales eran las que oxidaban mejor el manganeso, cuales formaban mejor biofilm o cuales lo hacían a distintas temperaturas ambientales. Partimos de unos 240 aislados iniciales y llegamos a seleccionar seis como los mejores candidatos” explica.

Además, trabajaron en la formulación del inóculo bacteriano y en la metodología para aplicarlo en los filtros biológicos. Idearon medios de cultivos para crecer las bacterias a partir de desechos orgánicos de la industria de biodiesel y probaron si los inóculos ya crecidos en este medio líquido se podían liofilizar. “Esta es una forma de deshidratar las bacterias, de esta manera pueden ser almacenadas hasta su uso, y además se disminuyen los costos de transporte hacia las plantas de tratamiento de aguas” indica Gottig y afirma que “en escala de laboratorio funciona muy bien, cuando se aplica el inóculo formulado de esta manera en el filtro, se comienza a remover el manganeso del agua muy rápidamente”.

En el marco del Plan Ciencia y Tecnología contra el Hambre, el proyecto recibió recientemente el financiamiento del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación. Esto les permitió construir una planta piloto que mimetiza las plantas de tratamiento de agua a escala real. “Esperamos en unos meses tenerla instalada para trabajar con aguas subterráneas naturales in situ, aplicar nuestro inóculo a los filtros y evaluar cómo funcionan en la remoción de manganeso” adelanta Gottig.

La importancia de la investigación básica

Si bien este trabajo comenzó como un proyecto de aplicación directa a la resolución de un problema, el grupo de IBR tiene años dedicándose a la investigación básica de la fisiología bacteriana. Según Gottig “todo lo que amplíe el conocimiento básico, va a llevar a la mejora del proceso aplicado. Como científicas, tenemos esa curiosidad encendida”.

Sucede entonces que en el laboratorio “hay una búsqueda por comprender la fisiología de la bacteria en relación a la oxidación del manganeso, entender por qué lo hacen, qué genes están involucrados y los mecanismos por los cuales utilizan este metal” cuenta Lucía Parra, becaria doctoral de CONICET en el IBR y miembro del equipo.

Las claves para responder estos interrogantes están también en el estudio de las bacterias seleccionadas. Por caso, encontraron que uno de los microorganismos aislados sólo oxidaba el manganeso cuando estaba sometido a bajas temperaturas. “Pensamos que podía haber una relación entre la oxidación del metal y que el biofilm sobreviva a temperaturas desfavorables, y comprobamos que la bacteria puede usar esta reacción de oxidación como una fuente adicional de energía para mantener su crecimiento a baja temperatura” explica Gottig y señala, “este aislado resultaría óptimo para su aplicación a los biofiltros en una condición de invierno, porque justamente el frío activa la oxidación del metal”.

En otro aislado que resultó de interés para la investigación, observaron que sólo oxidaba manganeso cuando crecía en forma de biofilms. “Manipulando genéticamente esta bacteria pudimos identificar un regulador clave involucrado en la formación biofilm y entender cómo se relaciona con la actividad de oxidación de manganeso a través una proteína denominada PilZ”, indica Parra.

Los resultados de estos trabajos científicos fueron recientemente publicados en las revistas Frontiers in Molecular Biosciences y mBio respectivamente. Gottig hace hincapié en que todos los procedimientos que pusieron a punto para la selección y aislamiento de las bacterias ambientales, así como las metodologías diseñadas para la inoculación de biofiltros, también se encuentran publicados de forma que toda la comunidad tenga acceso a ese conocimiento y pueda ser aplicado en otras regiones que afronten las mismas dificultades de acceso al agua potable. “Una de las cosas más importantes de nuestro trabajo como científicos es estar atentos a las problemáticas sociales e intentar brindar herramientas para solucionarlas. Este proyecto tiene un gran fundamento social y contribuye a garantizar que todos tengamos acceso al agua potable, limpia y segura”, subraya con entusiasmo.