Estudiante de la UTSM desarrolla modelo de descontaminación de herbicidas con bacterias aplicadas en hojas de palto
- Joselyn Breitler Cruz obtuvo su título de Ingeniera Civil Ambiental con la máxima calificación gracias a su trabajo de tesis que explora la biorremediación a nivel de filósfera (partes aéreas de las plantas que crean hábitat para microorganismos).
- Este modelo de Biorremediación Foliar utiliza como matriz hojas de palto, como contaminante modelo el herbicida simazina y como agente biodegradador una cepa bacteriana de Pseudomonas.
Los pesticidas contribuyen a eliminar plagas en los cultivos, pero alteran los ecosistemas naturales y amenazan la biodiversidad al acumularse en suelo, agua y aire, resistiéndose a la degradación natural y tratamientos químicos convencionales. Uno de estos compuestos es el herbicida simazina, objeto modelo de estudio de la tesis de pregrado de Joselyn Breitler Cruz para optar al título de Ingeniera Civil Ambiental en la Universidad Técnica Federico Santa María. Cabe destacar que la estudiante es parte del proyecto Núcleo Milenio BioGEM (Bioproductos, Genómica y Microbiología), liderado por el Dr. Michael Seeger.
Su tesis fue dirigida por los Doctores Michael Seeger Pfeiffer (director de BioGEM y del Centro de Biotecnología Daniel Alkalay Lewitt) y Daniel Ramírez Livingstone (jefe de carrera de Ingeniería Civil Ambiental) y tuvo como co-directora a la candidata a Dra. Lisette Hernández Guerrero, también investigadora de BioGEM.
Para el Dr. Michael Seeger, director de BioGEM, esta tesis: "incursiona en un campo muy poco explorado que es estudiar procesos de descontaminación ambiental como la biorremediación que ocurre a través de procesos microbianos. En este caso particular se estudia a nivel de las plantas, específicamente a nivel foliar (hojas). Las superficies de las plantas pueden estar contaminadas con pesticidas. En esta tesis Joselyn aborda la capacidad que tiene una bacteria de degradar estos pesticidas a nivel foliar, específicamente, en hojas de palto. Por lo tanto, pudo demostrar que en la hoja de este árbol puede ocurrir un proceso eficiente de biorremediación donde se remueve la mayor parte de este pesticida, en tiempos relativamente cortos".
Joselyn Breitler, diseñó un estudio novedoso en el campo de la biorremediación que habitualmente se estudia en suelo y agua; en cambio, la estudiante exploró la filósfera, que es la parte aérea de las plantas, las hojas, que crean hábitat para el desarrollo de microorganismos. Además, desplegó un método analítico en cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC), lo que le permitió monitorear el proceso de biorremediación midiendo la concentración de simazina en el tiempo.
La técnica biotecnológica utilizada por Joselyn Breitler es la biorremediación, la cual aprovecha la capacidad metabólica de seres vivos, principalmente microorganismos, para degradar, transformar o neutralizar desechos tóxicos. Entonces los contaminantes son utilizados como fuente de energía por estos organismos específicos, en su caso, una cepa bacteriana de Pseudomonas, que es capaz de reducir la Simazina hasta compuestos inocuos para el medio ambiente.
La simazina es un herbicida perteneciente al grupo químico de las s-triazinas. Este pesticida presenta un potencial mutagénico y cancerígeno que, además, por su alta estabilidad química, permanece activo en el medio ambiente por largos periodos de tiempo, contaminando suelos y napas subterráneas. También es capaz de movilizarse a través de la cadena trófica, ya que puede llegar a contaminar hierbas que son utilizadas como alimento por rebaños, que a su vez son ingeridos por las personas.
Joselyn Breitler explicó que la biorremediación foliar: "es una estrategia biotecnológica innovadora que explora el área foliar, es decir las hojas de las plantas, como matriz de biorremediación. La biorremediación consiste en "remediar" o "restaurar" ecosistemas contaminados utilizando seres vivos, principalmente microorganismos como bacterias y hongos, que tienen la capacidad de "alimentarse" de los contaminantes de interés. Es decir, estos microorganismos beneficiosos utilizan los contaminantes como fuente de energía".
"En este trabajo de tesis se utiliza la "bioaumentación" que consiste en introducir estos microorganismos beneficiosos en la matriz contaminada para facilitar la degradación de compuestos tóxicos. La innovación de este trabajo de investigación radica en proponer el área foliar las plantas como una matriz factible para la aplicación de biorremediación, que convencionalmente se estudia o aplica en la descontaminación de matrices como suelo, agua y sedimentos. En este sentido, el trabajo que hemos realizado junto a Lisette Hernández, resulta ser pionero en el campo de la biorremediación".
¿Cómo la cepa de Pseudomonas descontamina las hojas con simazina?
Joselyn Breitler, explicó que es posible realizar una descontaminación efectiva ya que la cepa bacteriana cuenta en su sistema metabólico con enzimas capaces de descomponer el herbicida simazina y utilizarlo como fuente de nitrógeno.
En ese sentido, "el nitrógeno es un componente vital para el crecimiento y reproducción de las bacterias, ya que es fundamental para la formación de biomoléculas como las proteínas y ácidos nucleicos que conforman el material genético. Esta Pseudomonas fue aislada desde entornos fuertemente contaminados con herbicidas de tipo s-triazinas, que en su estructura química son ricos en nitrógeno, por lo tanto, esta bacteria con el tiempo debió desarrollar la capacidad de aprovechar estos compuestos, como fuente de energía". Esta bacteria demostró una notable plasticidad adaptativa en la superficie de las hojas de palto y logró degradar simazina en un periodo de 30 días.
Las principales proyecciones de esta tesis son el desarrollo de un bioproducto que pueda utilizarse para proteger cultivos en etapas tempranas. "Esto se realizaría antes de la aplicación de herbicidas, previniendo que estos agroquímicos, que controlan malezas en el suelo, lleguen a contaminar las matrices foliares y los frutos de los cultivos. También se podría utilizar para descontaminar plantaciones de cultivos de hojas perennes tratadas crónicamente con agroquímicos, facilitando la transición hacia una agricultura más ecológica y orgánica", explicó la estudiante.
Además, se podría analizar la aplicación de esta técnica a la biorremediación foliar en otros contaminantes industriales y urbanos: "este enfoque podría integrarse incluso con técnicas de fitorremediación asistida, ampliando la capacidad de biorremediación y abriendo nuevas vías para la biotecnología aplicada en la mitigación de la contaminación ambiental".
Para Michael Seeger, este estudio es un aporte significativo: "si pensamos en la agricultura, se usan diversos pesticidas y muchos de éstos llegan a las hojas de estos cultivos agrícolas, dado que estamos caminando hacia una agricultura mucho más sustentable, que esté más libre de estos residuos. Estos procesos de poder degradar pesticidas utilizando microorganismos específicos que tienen la capacidad de degradarlos completamente, puede ser una temática muy innovadora para la agricultura de Chile y el mundo".
La tesis de Joselyn Breitler comprobó que la bacteria que originalmente fue aislada desde el suelo, posee la capacidad de adaptarse y degradar simazina a nivel foliar (en hojas de una planta modelo). En un plazo de 30 días se evidenció que por cada gramo de hoja se degradó entre 25 y 50 veces la cantidad de simazina aplicada en un gramo de tierra agrícola.
Este estudio de biorremediación foliar de herbicidas sobre hojas se presenta como un modelo exploratorio, proyectando un escalamiento de las metodologías para evaluar la biorremediación foliar sobre hojas en plantas vivas in situ y la biorremediación foliar de otros contaminantes de interés, por ejemplo, hidrocarburos, abre un sendero para una agricultura más ecológica y responsable con el bienestar del medioambiente y la salud humana.