Se estima que el 80% de los microorganismos procariontes, como las bacterias, no existen en su ambiente natural como células planctónicas (suspendidas en medio líquido) sino que están adheridas a superficies como biopelículas (Shopf et al., 2008). Las biopelículas son comunidades organizadas de microorganismos adheridos a superficies e inmersos en una matriz exopolisacáridos o sustancias poliméricas extracelulares (EPS) (Suntharalingam et al., 2005).  

Se considera a una biopelícula como una “ciudad de microorganismos” y los EPS representan la “casa” de las células en dicha “ciudad”, determinando muchas de las condiciones de vida de los microorganismos de una biopelícula, afectando contenido de agua y estabilidad mecánica, entre otros. Además de polisacáridos, la matriz de EPS tiene otros componentes como proteínas, glicoproteínas, glicolípidos, y en algunos casos ADN extracelular (Flemming y Wingender, 2002; Watnik y Kolter, 2000; Flemming et al., 2007).  

Fisiología de las biopelículas bacterianas

Desde el descubrimiento de las biopelículas se sabe que el 90% de los microorganismos poseen esta característica microbiológica, y que su biosíntesis es un proceso complejo, constante y dinámico que ocurre en cuatro fases: adhesión, crecimiento, maduración y separación. En cada una de estas fases participan fuerzas fisicoquímicas y distintos mecanismos genéticos y moleculares que regulan la biosíntesis de la matriz extracelular, entre otros (Achinas et al., 2019). 

Existen claras diferencias entre la fisiología exhibida por una comunidad bacteriana planctónica y una biopelícula, entre las que se encuentran: a) Mayor resistencia a antibióticos por parte de los microorganismos integrantes de la biopelícula; b) En las biopelículas, las bacterias no limitan su crecimiento por el sustrato, ya que pueden interactuar con el medio ambiente y entre ellas, pues nos son estructuras fijas; y c) En biopelículas, las bacterias producen sustancias poliméricas extracelulares (EPS) (Shopf et al., 2008).

Bacterias

Uso de las Biopelículas bacterianas en biotecnología

Cuando la eliminación de contaminantes gaseosos y líquidos se realiza mediante organismos vivos, el proceso se llama biorremediación. Dentro de esta categoría los microorganismos como bacterias, microalgas y hongos son los más usados. La estrategia es seleccionar una cepa, especie o comunidad de microorganismos que utilice el contaminante como fuente de energía o de carbono para vivir, transformándolo en otras sustancias que sean inofensivas para el medioambiente y los animales. 

Uno de los usos más amplios de las bacterias en biotecnología es para biorremediación de gases y líquidos, donde las biopelículas juegan un rol fundamental, ya que permiten retener los microorganismos de interés en un biorreactor para realizar la remediación objetivo. Ejemplo de biorreactores en los que se usan biopelículas bacterianas para eliminar contaminantes, son los biofiltros. En el interior de estos dispositivos se usa un material de soporte o de relleno, donde se desarrollan las biopelículas.  

Existen muchos tipos de materiales soporte para desarrollar las biopelículas en biofiltración, como los materiales orgánicos: turba, suelo y compost, corteza de madera, entre otros (Sene et al., 2002; amirez- Lopez et al., 2003). Sin embargo, estos materiales producen disminución de la eficiencia de los biofiltros (Gaudin et al., 2007). Además, los materiales orgánicos son degradados por los microorganismos, teniendo que ser repuestos. 

Los materiales inorgánicos, como las esferas de vidrio y la perlita han demostrado proporcionar mejores propiedades mecánicas e hidrodinámicas (Hirai et al., 2001; Woertz et al., 2002; Gemeiner et al., 1994). De estos, los más utilizados son los óxidos de metal como la cerámica porosa, cristobalita calcinada (Hirai et al., 2001) y perlita (Kennes et al., 1996). Pero su costo es elevado y son pesados, lo que requiere de cuidado en la ingeniería del biorreactor que los contendrá. 

Hoy en día se prefieren los materiales de soporte poliméricos como el polietileno (Sercu et al., 2006), Nylon (González-Sanchez y Revah, 2009) y polipropileno (Maestre et al., 2010) que proporcionan ventajas como alta área específica e hidrofobicidad similar a los microorganismos que se van a adherir, facilitando la formación de las biopelículas). Además, los polímeros son livianos, por lo que son fáciles de contener en cualquier biorreactor, y no son degradados por los microorganimos, por lo que su duración es indefinida.  

 

Micrografía de microscopía electrónica de barrido de una biopelícula bacteriana a 5.000 X (elaboración propia)

Micrografía de microscopía electrónica de barrido de una biopelícula bacteriana a 5.000 X (elaboración propia)

Uso de las Biopelículas bacterianas en biorremediación

Los residuos gaseosos y líquidos industriales son un tema de preocupación mundial, ya que los contaminantes contenidos en ellos no solo dañan al medioambiente, (como el efecto invernadero, lluvia ácida y contaminación de los mares) sino que también generan pérdidas a las empresas que los emiten, debido a las multas impartidas. Por eso la eliminación de estos contaminantes (remediación de residuos gaseosos y líquidos) es vital.  

La eliminación de contaminantes en gases y líquidos se ha realizado tradicionalmente a través de métodos físico-químicos. Sin embargo, estas son vías no muy eficientes y son poco amigables con el medioambiente, por el uso intensivo de sustancias químicas, que en algunos casos generan otros residuos que deben ser dispuestos como residuos peligrosos. Este es el caso de la eliminación de gases contaminados con ácido sulfhídrico (H2S) mediante carbón activo, el cual después de cierto tiempo de uso debe ser desechado como residuo peligroso según la resolución 5081, que establece un sistema de declaración y seguimiento de desechos sólidos industriales.  

Hoy en día los métodos biológicos que incluyen microrganismos como las bacterias y microalgas son una gran alternativa de biorremediación de gases, aguas y suelos por su menor costo y mayor compatibilidad ambiental comparados con los métodos fisicoquímicos. En este link puedes explorar los recursos bacterianos que ofrecemos en torno a la biorremediación y potenciamiento del crecimiento vegetal, estoy incluyen no sólo el servicio de cultivos de cepas estándar, sino que también de bacterias aisladas por Aroma Micro® en Chile.