Micorremediación Fúngica: Una Estrategia para la descontaminación

La micorremediación fúngica es una estrategia biotecnológica innovadora que aprovecha la capacidad natural de ciertos hongos para degradar polímeros sintéticos, como los residuos plásticos. Surge como una solución prometedora y sostenible para la crisis de la contaminación plástica.

Fuente: https://efeverde.com/plastico-copa-lago-venezolano-maracaibo-latinoamerica/

El plástico copa el lago venezolano de Maracaibo, el mayor de Latinoamérica. EFE/ Henry Chirinos

Proceso de micorremediación fúngica

La micorremediación fúngica implica la transformación de los complejos polímeros plásticos en moléculas más simples y biodegradables. El proceso se lleva a cabo de la siguiente manera:

1. Secreción Enzimática: Los hongos secretan enzimas extracelulares que actúan fuera de la célula.
2. Ruptura de enlaces: Estas enzimas rompen los enlaces poliméricos del plástico, fragmentándolos en moléculas más pequeñas.
3. Metabolismo o mineralización:
   • Para PET (tereftalato de polietileno): Los hongos liberan principalmente cutinasas y estearasas. Estas hidrolizan los enlaces éster, resultando en monómeros de ácido tereftálico (TPA) y etilenglicol (EG), que luego pueden ser metabolizados por los hongos o por otras comunidades microbianas presentes en el ambiente.
   • Para PE (polietileno) y PP (polipropileno): Para estos polímeros más resistentes, los hongos producen enzimas oxidativas como lacasas y manganeso peroxidasas. Estas enzimas atacan la cadena polimérica, rompiendo los enlaces carbono-carbono y generando compuestos de bajo peso molecular como alcoholes, aldehídos y ácidos carboxílicos, que son biodegradables y pueden ser asimilados en el ciclo del carbono. El objetivo final es la mineralización completa del plástico, convirtiéndolo en dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O), o su integración en la biomasa microbiana, evitando la acumulación de subproductos nocivos.

El tiempo que le toma a los hongos degradar por completo una cierta cantidad de plástico es altamente variable y depende de múltiples factores. Estos incluyen el tipo de plástico, su forma y tamaño (microplásticos se degradan más rápido que macroplásticos), la cepa específica del hongo utilizada, las condiciones ambientales (temperatura, pH, disponibilidad de nutrientes) y la concentración del plástico.

En estudios de laboratorio, la degradación significativa de PET puede observarse en semanas o meses, mientras que para PE o PP, puede tomar varios meses o incluso años para una descomposición completa. Por ejemplo, en un estudio controlado, un hongo como Aspergillus tubingensis pudo degradar alrededor del 25% del peso de una película de PET en 8 semanas. Sin embargo, en un entorno real como el Lago de Maracaibo – Venezuela, con condiciones menos controladas y la presencia de otras sustancias, el tiempo de degradación podría ser aún mayor, requiriendo un enfoque a largo plazo y una gestión integrada.

Fuente: https://radiociencia.com.mx/2022/08/24/hongos-para-la-degradacion-de-plasticos/

Bajo el microscopio, la poderosa acción de los hongos: enzimas especializadas descomponiendo la estructura molecular del plástico, un proceso clave en la micorremediación.

Origen y estado de la aplicación

La investigación sobre la degradación fúngica de plásticos ha cobrado un impulso considerable en la última década. El trabajo pionero de equipos de investigación en Australia ha sido fundamental en este campo.

Líderes en la rendencia y regiones de investigación

• Australia: Ha sido un líder clave, destacando el aislamiento de hongos capaces de degradar polímeros difíciles. Un nombre prominente es el del Jonathan Russell y su equipo en la Universidad de Queensland, quienes han investigado hongos como el Aspergillus tubingensis para degradar el PET.
• Alemania: Investigadores como la Annika V. Jahnke y el Dr. Christian Laforsch también han contribuido significativamente al estudio de la biodegradación de plásticos por microorganismos.

Cabe mencionar que la aplicación a gran escala de la micorremediación en ecosistemas acuáticos como el Lago de Maracaibo se encuentra en etapas experimentales y de investigación. Si bien se han logrado avances prometedores en laboratorio y en entornos controlados, la escalabilidad y la eficiencia en condiciones reales de campo siguen siendo desafíos. Se están llevando a cabo proyectos piloto en diversas partes del mundo para evaluar la viabilidad de implementar esta tecnología a una escala mayor, pero aún no existe una aplicación industrial generalizada en cuerpos de agua abiertos.

Ventajas y limitaciones

Las ventajas de la micorremediación son notables. En primer lugar, es una solución inherentemente ecológica, que evita la generación de subproductos tóxicos asociados con métodos físico-químicos tradicionales. Los hongos, al ser organismos vivos, se autorreplican, lo que reduce los costos operativos a largo plazo. Además, su adaptabilidad les permite prosperar en una variedad de condiciones ambientales.

Sin embargo, existen limitaciones significativas. La velocidad de degradación fúngica puede ser más lenta que la de otros métodos, lo que requiere un monitoreo y un manejo a largo plazo. La especificidad de los hongos para ciertos tipos de plásticos puede limitar su aplicación a una amplia gama de polímeros. Además, la optimización de las condiciones ambientales (temperatura, pH, nutrientes) es fundamental para maximizar la eficiencia del proceso, lo que puede ser un desafío en un entorno a gran escala y abierto como un lago.

La biorremediación requiere de un gran manejo de los hongos para no afectar al ecosistema. También puede haber problemas para introducir una especie de hongo en un ecosistema existente, debido a las regulaciones de bioseguridad y la necesidad de entender las interacciones ecológicas que pueden causar los hongos en el ecosistema. Esto nos lleva a considerar los riesgos potenciales de introducir especies exógenas o alterar el equilibrio microbiológico local.

Desafíos y futuras tendencias

La implementación a gran escala, especialmente en un entorno abierto como el Lago de Maracaibo, enfrenta desafíos significativos:

• Velocidad de Degradación: La degradación fúngica puede ser más lenta que otros métodos, lo que requiere un monitoreo y manejo a largo plazo.
  • En condiciones de campo no controladas, el tiempo de degradación podría ser aún mayor que en laboratorio (donde el PET puede degradarse significativamente en semanas o meses, y el PE/PP puede tardar varios meses o años).
• Especificidad: La acción de los hongos puede ser específica para ciertos tipos de plásticos, lo que puede limitar su aplicación a una amplia gama de polímeros.
• Optimización Ambiental: Es fundamental optimizar las condiciones ambientales (temperatura, pH, nutrientes) para maximizar la eficiencia del proceso, lo cual es un desafío en un entorno abierto y a gran escala.
• Riesgos Ecológicos y Bioseguridad:
  • La biorremediación requiere un gran manejo de los hongos para no afectar el ecosistema.
  • Puede haber problemas para introducir una especie de hongo en un ecosistema existente debido a las regulaciones de bioseguridad.
  • Existe el riesgo potencial de introducir especies exógenas o alterar el equilibrio microbiológico local.

Conclusiones

La micorremediación ofrece una visión prometedora para abordar la crisis de los residuos plásticos, especialmente en ecosistemas acuáticos vulnerables. Si bien los desafíos son considerables, la continua investigación y desarrollo en este campo son esenciales para transformar este enfoque innovador en una solución viable y escalable para la descontaminación ambiental. La colaboración entre la ingeniería, la arquitectura y las ciencias biológicas será clave para materializar el potencial de la micorremediación en la construcción de un futuro más sostenible.

Bibliografía

• Russell, J. R., Huang, J., Anand, P., Kucera, K., Sandoval, A. G., Dantzler, K. W., … & Russell, D. W. (2011). Biodegradation of polyester polyurethane by endophytic fungi. Applied and Environmental Microbiology, 77(17), 6701-6704. (Esta es una referencia clave sobre la biodegradación de plásticos por hongos endófitos, como los que se han estudiado en Australia).
• Khan, S., Nadir, S., Shah, Z. A., Shah, A. A., & Khan, R. A. (2020). Plastic degradation by fungi: a review. Environmental Science and Pollution Research, 27(30), 37497-37511. (Un artículo de revisión que proporciona una visión general sólida de los hongos involucrados en la degradación de plásticos).
• Jahnke, A., Arp, H. P. H., Bergman, N., Bopp, S. K., Dierkes, G., Fischer, F., … & Ramm, C. (2021). The Plasticene: A new geological epoch? Environmental Science & Technology, 55(24), 16259-16262. (Aunque no se centra exclusivamente en hongos, aborda la problemática general de los plásticos y la necesidad de soluciones, siendo relevante para el contexto de la aplicación de la micorremediación).
• Geyer, R., Jambeck, J. R., & Law, K. L. (2017). Production, use, and fate of all plastics ever made. Science Advances, 3(7), e1700782. (Es una referencia fundamental para comprender la magnitud de la producción y acumulación de plásticos a nivel global, lo que subraya la importancia de soluciones como la micorremediación).

Autor:

Evelyn Maitee Marín Fernández, Ingeniera Industrial, MSc en ciencias aplicadas, Módulo: Ingeniería energética, funcionamiento del mercado y las empresas de energía.

Máster en Ingeniería del Agua: Tratamiento, Depuración y Gestión de Residuos