TRATAMIENTO BIOTECNOLOGICO DE LA CONTAMINACION

La biotecnologa puede no ser la solucin completa a la contaminacin medioambiental pero puede abordar su control y eliminacin ya que implica las siguientes reas:

Monitorizacin medioambientalRemediacin de lugares contaminadosReduccin o eliminacin de residuosPrevencin de la contaminacin (tecnologas limpias)

MONITORIZACION MEDIOAMBIENTAL Es la capacidad de determinar:

que productos qumicos esta presentesSu concentracinPotencial de riesgo

Una adecuada monitorizacin permite desarrollar leyes que protejan el medioambiente

La biotecnologa medio ambiental ofrece un numero de tcnicas de monitorizacin precisas y fiables, alternativas al anlisis qumico

MUESTREO

El recojo de muestra representativa y homognea no es un problema, pero en muestra ambientales de suelo aire o agua suelen ser intermitentes y poco homogneas

Muestreo de suelos:

los lugares contaminados requieren a menudo de: - algn tipo de estudio previo - informacin documentada sobre la contaminacin presente

Dado que la contaminacin se distribuye en forma desigual, el numero de muestras depender del rea que cubre la contaminacin y a diferentes profundidades

La probabilidad de localizar contaminacin es tomar muestra en forma de cuadricula al azar - rectangular - cuadradas - rombo - espiga

Desventajas: - genera amplio numero de muestras - el anlisis es costoso

MUESTREO DE AGUAS

El muestreo de la mayora de las aguas residuales y contaminadas es difcil debido a su naturaleza altamente variable

Las muestras se deben tomar:

- en un periodo de tiempo - Diferentes secciones de la va fluvial - diferentes profundidades

Donde muestrear: - depende de los afluentes y efluentes - estratificacin

MUESTREO DE AIRE

Esta dificultado por los mismos problemas que el muestreo de aguas, pero esta influenciado por

- direccin del viento - fuerza del viento

Sistemas de muestreo

- bombeo directo del aire al analizador se utiliza cuando se tiene baja concentracin - pre concentracin necesaria para un correcto anlisis - directa captura de muestra en botellas, fuelles jeringuillas, bolsas

Cualquiera sea el origen de la muestra

Agua, suelo o aire sino es analizada inmediatamente debe de ser cuidadosamente almacenada

- evitar perder contaminantes - transformacin del contaminante - favorecer ulterior contaminacin

El anlisis de contaminantes ambientales pueden ser: - Fsicos - Qumicos - Biolgicos

La biotecnologa pondr mayor nfasis en los mtodos biolgicos

ANALISIS FISICOS

Se aplican para determinar los niveles de contaminantes y otros compuestos en el agua y en el suelo; en general son los siguientes:

Gravimtrico: Determina - Slidos suspendidos (SS) - Slidos totales (ST) - Niveles de sulfato

pH se mide fcilmente con un electrodo de pH,

condiciones muy acidas o muy alcalinas sern corrosivas y limitan la actividad biolgica

Colorimtrico: Importante para determinar calidad de aguas (color , turbidez)

- Tubos de comparacin - Discos de color - Colormetros - Espectrofotmetro

Oxigeno disuelto: Se mide para sustentar presencia de organismos biolgicos aerbicos ( calidad del agua)

- Electrodo de oxigeno - Mtodos qumicos

Electrodos de iones especficos.(potenciometria) Pueden ser usados para determinar niveles de: - amonio, nitrato nitrito, calcio, sodio y otros iones

Estos ltimos pueden ser automticos por sensores o monitorizacin pero pueden ser presa de engao y dao mal intencionado

ANALISIS QUIMICOS

Existen mtodos estndares para determinar componentes medio ambientales como.Aniones: cloruros,nitratos nitritos fosfatos

Metales: se determinan por - Mtodos qumicos tradicionales - Absorcin atmica

Compuestos orgnicos: requieren tcnicas - HPLC - GC - Espectros de masas (componente individual)

ANALISIS BIOLOGICOS

A. Mtodos microbiolgicosEl anlisis microscpicoContaje de variables

Que aplican medios selectivos, utilizados para la valoracin del medio ambiente por: - Patgenos - estudio de comunidades microbianas

El contaje de variables se basa en la premisa que:

Cada colonia formada se deriva de una nica clulaUsando un medio selectivo puede estudiarse el numero de bacterias como: Salmonella y coliformes

La tcnica selectiva favorece la valoracin de

- especies de crecimiento mas rpido - pero especies de crecimiento lento pueden no ser detectadas

En muestras ambientales es indispensable:

- Tratar de reproducir las condiciones donde la muestra fue tomada Ya que:

- Algunas bacterias pueden no crecer y no ser detectadas

Por tanto: Las caractersticas de crecimiento del organismo de inters deben ser conocidas antes que su numero sea estimado

Los mtodos microbiolgicos normales son adecuados para cultivos de clulas individuales en suspensin

Pero en muestras medioambientales, los micro organismos existen como agregados o biofilms `En aguas residuales por ejemplo donde el tratamiento es aerobio y anaerbico las poblaciones microbianas son mezclas y la mayora forman agregados

Otros mtodos directos para estimacin de numero de microbios incluyen a: Pruebas tales como

- inmunolgica (ELISA) - cito metria de flujo

Estos mtodos mediante el uso de anticuerpo pueden detectar - poblaciones microbianas - bacterias especificas Un ejemplo del uso de las tcnicas inmunolgicas es la deteccin de metangenos en birreactores anaerbicos usando estircol de vaca y cerdo

Las bacterias tambin pueden ser identificadas por

- anlisis de sus patrones de cidos grasos unidos a esteres de fosfolpidos (PLFAME)

- cidos grasos fosfolipdicos( PFLA)

B. Monitorizacin Fisiolgica

Se basa en la demanda biolgica o bioqumica de oxigeno (DBO), que fue establecida en 1912 por la comisin real sobre vertido de aguas residuales como parmetro de calidad

La actividad microbiana puede seguirse por mtodos indirectos como:

- Produccin de gas - medida de los niveles de ATP y - Capacidad de las clulas activas para reducir compuestos de tetrazolio que pasan de incoloro a azul

TECNOLOGIA DEL DNA RECOMBINANTE

Esta tecnologa a alcanzado un nivel que permite detectar genes o secuencias de DNA especificas, por tanto micro organismos en el medio ambiente

Puede ser utilizada para estudiar:

La ecologa microbiana de los suelos y las aguas (manantiales hidrotermales)

Digestores aerbicos y anaerbicos

Aguas subterrneas contaminadas

Evaluacin de la bio diversidad

Procesos de bio lixiviacin

Liberacin de micro organismos manipulados genticamente

Procesos de bio remediacin

La (PCR) es una tcnica que precisa cantidades pequeas de muestras ambientales una ves extrado y purificado el DNA se investiga con una sonda la presencia de un gen especifico o una secuencia de DNA que puede actuar como marcador

El DNA de doble hebra se separa en dos calentado a 90 C, durante unos minutos, se aade oligonucleotidos cortos de una sola hebra (cebadores) y Taq polimerasa la mezcla se enfra a 60 C

APLICACIONES DE LA PCR

Estudio de comunidades bacterianas, en ambientes difciles de reproducir

Valoracin de la diversidad bacteriana sin realizar cultivo

Seguir poblaciones bacterianas en lodos activados

Dinmica de la poblacin en bio reactor de lecho percolador

Estimar el grado de variacin gentica en la determinacin de la bio diversidad

Detectar bacterias bio lixiviadoras

Permite amplificacin del DNA y por tanto identificar genes poco abundantes

MONITORIZACION BIOLOGICA DE LA CONTAMINACION

Utiliza dos tcnicas:

a- Aquellas que describen las condiciones in situ mediante medida de los cambios en las especies en el medio ambiente (biomarcadores) tras exposicin a la contaminacin

B- Aquellas que utilizan material biolgico para valorar la toxicidad de una determinada sustancia qumica aislada

BIOMARCADORES

Miden la accin de los contaminantes en el ambiente real y complejo a niveles no letales

Ventajas del uso de bio marcadores

La determinacin puede hacerse durante un periodo de tiempo, y no con una muestra nica como en el anlisis qumico

Pueden indicar el riesgo a exposicin a un determinado producto qumico

Pueden proporcionar informacin sobre la toxicidad de compuestos aislados o mezclas en el ambiente real a niveles no letales

TIPOS DE BIO MARCADORES

Ecolgicos: Miden, cambios en la densidad de la poblacin despus de la exposicin (especie clave, diversidad)

Indicadores fisiolgicos: Permiten determinar

- Acumulacin de metales pesados, - Cambios en la velocidad de procesos de lodos, - Actividad microbiana, - DBO, ETC.

Indicadores bioqumicos: Tales como - Citocromo p450, - Enzimas especificas.

Inmuno qumica: - ELISA ,RIA

Indicadores genticos: - Sondas de DNA - Gen de la luciferaza bacteriana (lux)

TEST DE TOXICIDAD UTILIZANDO MATERIAL BIOLOGICO

Se basa en la medida de los efectos letales de un compuestonico sobre un sistema biolgico

Ejemplo: uso de material biolgico para detectar un compuesto orgnico

DAPHNIA perdida de movilidad de la pulga Daphnia pulsee despus de 48 horas

Microtox tm, Biotox ssp reduccin de la emisin de luz por bacterias Photobacterium fisceri y p. phosphoreum como toxicidad despus de 15 minutos

Test de algas, Selenastrum ssp para evaluar calidad de aguas

Test de Ames,para analizar sustancias segn su capacidad de producir mutaciones

Test de germinacin de semillas

BIO SENSORESPueden definirse como dispositivos que incorporan un elemento sensor biolgico unido ntimamente o integrado con un transductor de la seal

El material biolgico que puede ser utilizado como biosensor de mayor aplicacin son:

- Protenas, - Anticuerpos, - Enzimas, - Receptores hormonales - Clulas enteras, - DNA.

Ventajas de biosensores en la monitorizacin medioambiental

Deteccin on-line, monitorizacin en tiempo realRespuesta rpidaSon porttiles en muchos casosFuncionan en mezclas complejasRequieren menor gasto y tiempo que los anlisis convencionalesMuy especficos en su respuestaAlta sensibilidad