Capítulo 09: Biotecnología y el medio ambiente.

9.1 Desarrollo sostenible.

El uso de los recursos naturales por parte de las sociedades humanas ha permitido el desarrollo de estas. Sin embargo, con el paso de los años, esta relación (sociedades-ambiente) ha tenido consecuencias notables en el medio ambiente. Desde el origen de la humanidad se ha alterado la naturaleza. Sin embargo, todas las investigaciones científicas consideran que este efecto ha sido cada vez más intenso, a partir de la segunda mitad del siglo XX.

La sociedad del mundo desarrollado comienza a percibir el riesgo de agotamiento de ciertos recursos naturales, esencialmente combustibles fósiles, sin ellos el crecimiento de las economías occidentales a partir de la Revolución Industrial nunca hubiera tenido lugar, además, cada vez es mayor la sobreexplotación de recursos renovables como el agua, bosques, entre otros. Las evidencias relacionan un sin número de efectos negativos en la salud humana y de los ecosistemas como la contaminación del agua, la atmósfera y el suelo debido a procesos de producción industrial y consumo masivo de las empresas.

Desde la “Primera Cumbre de la Tierra”, en 1992, adoptó como objetivo político el concepto de desarrollo sostenible y dio paso a un conjunto de acuerdos internacionales. Se puede llamar desarrollo sostenible, aquel desarrollo que es capaz de satisfacer las necesidades actuales sin comprometer los recursos y posibilidades de las futuras generaciones. Instintivamente una actividad sostenible es aquélla que se puede conservar.

La contribución de las biotecnologías al desarrollo sostenible debe ser analizada en función del impacto causado en cada una de esas áreas. Con respecto a la economía, las biotecnologías disminuyen los costos de la materia prima y de la producción industrial con procesos y productos nuevos o de mayor valor agregado. En el área social se espera que el desarrollo de nuevas plataformas tecnológicas posibilite la conservación y la creación de empleos. En el área ambiental las biotecnologías desempeñan un importante papel en la prevención, remediación y monitoreo de la contaminación.

9.2 Desaparición de los ecosistemas naturales.

La biodiversidad mundial se ha visto afectada por el fenómeno de la extinción de especies. Las causas principales son la pérdida y degradación del hábitat, el avance de la frontera agropecuaria, la caza ilegal, el tráfico de especies o de productos derivados, la contaminación, el cambio climático, la introducción de especies exóticas y el sobrepastoreo.

Los ecosistemas gradualmente a lo largo del tiempo son capaces de adaptarse a pequeñas perturbaciones de manera natural. Sin embargo, la acelerada degradación del ambiente supone una variación de condiciones tan drástica y rápida, que los ecosistemas del mundo no pueden asimilar, sufriendo un importante desequilibrio.

Bajo un desequilibrio prolongado, las especies que forman parte del ecosistema se ven expuestos a dos alternativas: adaptarse o extinguirse a medio y largo plazo. En el momento en el que una especie no puede adaptarse debido a los efectos del desequilibrio, el ecosistema del que forma parte pierde funcionalidad, lo que hace que los servicios que ese ecosistema ofrece también se vean alterados.

Las tasas de mortalidad, así, aumentan considerablemente. Otras especies, sin embargo, son capaces de adaptarse y optan por dirigirse a hábitats alternativos en los que poder sobrevivir, generalmente hacia altitudes más altas con condiciones más favorables para ellos en cuanto a la disponibilidad de alimento. Esta migración, como un efecto dominó, pone en riesgo el equilibrio de otras regiones.

Esta alternativa migratoria supone un efecto normalmente negativo para las especies existentes en el hábitat de destino, actuando éstas como especies invasoras en unos nuevos hábitats. Entre ellos se encuentran, por ejemplo, las modificaciones en su tamaño, estructura, interacciones o composición de las propias poblaciones.

La migración de especies tiene adicionalmente un impedimento humano, ya que nuestra actividad, y concretamente los efectos que ésta tiene sobre el uso del suelo, deriva en la fragmentación de los hábitats en los que las especies se desarrllan.

El coronavirus nos obliga a reconsiderar la biodiversidad y su papel protector

Si seguimos el refrán según el cual nos acordamos de Santa Bárbara cuando truena, en plena crisis del coronavirus deberíamos acordarnos más que nunca de la biodiversidad. Diez años atrás la ciencia revisó y comprobó el papel protector de la biodiversidad ante virus parecidos e incluso mucho más peligrosos que el coronavirus. Una única especie, Homo sapiens, está haciendo desaparecer la biodiversidad global: estamos amenazando ya a más de un millón de especies. Esto es tan preocupante como paradójico, ya que a los múltiples beneficios de la biodiversidad se suma uno clave, especialmente en estos momentos: nos protege de enfermedades infecciosas. La existencia de una gran diversidad de especies que actúan como huésped limita la transmisión de enfermedades como el coronavirus o el Ébola, sea por un efecto de dilución o de amortiguamiento. Más del 70% de las infecciones emergentes de los últimos cuarenta años han sido zoonosis, es decir, enfermedades infecciosas animales que se transmiten al ser humano. Con frecuencia, en estas zoonosis hay varias especies implicadas, con lo que cambios en la diversidad de animales y plantas afectan a las posibilidades de que el patógeno entre en contacto con el ser humano y lo infecte. El efecto protector de la biodiversidad por dilución fue planteado por Keesing y colaboradores en 2006 y demostrado unos años más tarde por Johnson y Thieltges. El efecto de amortiguamiento de la biodiversidad en el contagio de patógenos al ser humanos se demostró para el caso del virus del Nilo y la diversidad de aves hace más de quince años.

Con la simplificación a la que sometemos los ecosistemas, eliminando especies y reduciendo procesos ecológicos a su mínima expresión, estamos aumentando los riesgos para la salud humana a gran escala. Virus del Nilo, gripe aviar, fiebre hemorrágica de Crimea-Congo, virus del Ébola, enfermedad por virus de Marburgo, fiebre de Lassa, coronavirus del síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS-CoV), síndrome respiratorio agudo grave (SRAG), virus de Nipah, enfermedades asociadas al henipavirus, fiebre del Valle del Rift, virus de Zika y muchas enfermedades más son zoonosis que figuran en la lista de enfermedades prioritarias, establecida por la Organización Mundial de la Salud (OMS) en 2018. Esta lista de la OMS incluye una inquietante enfermedad X, una epidemia internacional muy importante debida a un patógeno todavía desconocido pero que sin duda aparecerá. Todo esto forma parte y es consecuencia del cambio global, es decir, de la injerencia voluntaria e involuntaria, directa e indirecta, del ser humano en los sistemas naturales del planeta.

Hasta ahora, prácticamente la única conexión que se ha hecho entre el coronavirus y la ecología o el medio ambiente ha sido la reducción de emisiones de gases con efecto invernadero. Se ha visto que en sólo tres semanas China ha reducido las emisiones en 150 millones de toneladas de CO2 lo que supone el 25% de sus emisiones, el 6% de las emisiones globales del planeta, y equivale a lo que emite toda la ciudad de Nueva York en un año. Es una buena (aunque efímera y anecdótica) noticia en relación al cumplimiento del Acuerdo de París en materia de cambio climático. Tan efímera y anecdótica que se está viendo que en realidad a medio y largo plazo la crisis del coronavirus va a poner más difícil descarbonizar la economía tras las reacciones de las compañías aéreas. Sin embargo, la conexión más relevante es precisamente la contraria. No es tanto cómo el coronavirus afecta a los ecosistemas y al medio ambiente sino como estos afectan al coronavirus. Se nos olvida la importante labor protectora ante infecciones, epidemias y pandemias que juega una naturaleza bien conservada. Tiene que ocurrir una catástrofe para que algunos traigamos la hemeroteca y escarbemos entre la literatura científica otra vez y encontremos razones más allá de la ética para conservar la biodiversidad.

Muchos ven en la ganadería, agricultura y avicultura intensivas, así como el creciente mercado y consumo de animales exóticos, la causa del actual brote epidémico y de otros previos como el SARS-CoV en 2002, la gripe aviar (H5N1) en 2003, la gripe porcina (H1N1) en 2009, el MERS-CoV en 2012, el ébola en 2013 o el Zyka (ZIKV) en 2015). La extensión de monocultivos genéticos de animales domésticos, por ejemplo, elimina cualquier cortafuego inmune que pueda estar disponible para ralentizar la transmisión. Los tamaños y densidades de población elevados aumentan las tasas de transmisión. Además, las condiciones de hacinamiento deprimen la respuesta inmune. El alto rendimiento, parte de cualquier producción industrial, proporciona un suministro de susceptibles que es renovado continuamente y que es el combustible para la evolución de la virulencia. En otras palabras, el agronegocio está tan centrado en las ganancias que la selección de un virus que podría matar a millones de personas se considera un riesgo aceptable. Para reducir la aparición de nuevos brotes de virus, la producción de alimentos tiene que cambiar radicalmente. La autonomía de los agricultores y un sector público fuerte pueden frenar los problemas ambientales y las infecciones descontroladas. Es muy conveniente introducir diversidad en las variedades de ganado y cultivos en una reestructuración estratégica, tanto a nivel de granja como regional.

Comer animales salvajes es para muchas regiones del planeta la única opción alimenticia. Pero ello conlleva riesgos muy graves para la salud de la humanidad como estamos viviendo con la crisis del coronavirus y como vivimos, por ejemplo, con el Ébola y los murciélagos o el SARS y las civetas. Además, la biodiversidad nos protege de infecciones, lo supimos hace años con el virus del Hanta por ejemplo. Hay que encontrar un nuevo equilibrio global entre comer y proteger animales salvajes porque en ambas cuestiones nos va la vida.

Por desgracia, las primeras especies en desaparecer de los ecosistemas son las que más reducen la transmisión de patógenos. Se vio con el virus del Nilo y la pérdida de biodiversidad de aves, con el síndrome pulmonar por hantavirus y la desaparición de pequeños mamíferos, y con la enfermedad de Lyme. En este último caso, la desaparición de zarigüeyas (marsupiales americanos vulnerables) y la supervivencia de especies como el ratón de pies blancos favoreció la transmisión del patógeno a humanos.

No sólo la biodiversidad nos protege de los virus. Los ecosistemas estables y funcionales lo hacen en general y de múltiples formas. Pero la función protectora de los ecosistemas se está debilitando con el cambio climático. Es particularmente preocupante en este sentido la pérdida de hielo y de suelos congelados. Con el calentamiento global los hielos, simplemente, se funden y al hacerlo liberan todo tipo de gases, muchos de ellos con un potente efecto invernadero. Además de gases, liberan virus. La fusión de un glaciar chino ha liberado 33 especies de virus, 28 de ellas completamente desconocidas para la ciencia y con potencial de infección a humanos. La fusión de los suelos permanentemente congelados (permafrost) de las zonas boreales está liberando virus y bacterias muy peligrosos para el ser humano tal como se vio por ejemplo hace unos años con los brotes de Ántrax en Rusia. Se teme que no sean casos aislados: se han descubierto fragmentos de ARN del virus de la gripe española de 1918 en cadáveres enterrados en fosas comunes en la tundra de Alaska y se piensa que cepas virulentas de viruela y peste bubónica están también enterradas en Siberia. El calentamiento global y otras formas de alteración de los ecosistemas como la minería, están exponiendo y reactivando bacterias resistentes a antibióticos y virus antiguos potencialmente peligrosos para nuestra salud.

9.4 Los servicios que ofrecen los ecosistemas.

Entre los servicios que los ecosistemas proveen, los servicios de regulación tienen una gran importancia para el mantenimiento del equilibrio en el planeta. Entre estos servicios se encuentra la propia regulación climática, la regulación de la calidad del aire, la regulación hídrica, el control de la erosión, la fertilidad del suelo, la regulación de las perturbaciones naturales, el control biológico o la polinización.

La capacidad de regulación climática de los ecosistemas juega un papel fundamental en la lucha contra el cambio climático que a nivel regional puede incidir en el régimen de lluvias y la variación de las temperaturas.

Además, algunos de estos ecosistemas (especialmente las masas forestales, los océanos o los terrenos agrícolas) tienen un papel crucial en el ciclo del carbono, siendo capaces de capturar y almacenar este elemento (se estima que estos ecosistemas pueden capturar en torno al 30% de las emisiones del CO2 de origen antropogénico), reduciendo así la presencia del principal gas de efecto invernadero en la atmósfera, el CO2. Por ejemplo, los ecosistemas marinos capturan una gran cantidad de carbono a través del fitoplancton, que corresponde aproximadamente al 50% del total de carbono que capturan los océanos.

Hay que tener en cuenta que la degradación de los ecosistemas reduce significativamente el almacenamiento de carbono y también la capacidad natural de secuestro del mismo, lo que conlleva un incremento de emisiones de gases de efecto invernadero y una pérdida de biodiversidad a nivel de genes, especies y de ecosistemas.

Es decir, nuestra injerencia sobre los ecosistemas, no sólo se traduce en un aumento de emisiones, sino que además reduce considerablemente su capacidad de captura de carbono y los limita como mitigadores del cambio climático. Por eso, una de las vías claves para luchar contra el cambio climático es la preservación de la biodiversidad.

9.5 Contribución de la biotecnología al ambiente.

9.5.1 Tecnologías limpias.

Varias aplicaciones biotecnología se suelen clasificar también como tecnologías limpias, pues reemplazan a otras más contaminantes en procesos industriales y agrícolas, ayudando también a reducir el volumen de residuos domésticos, agrícolas e industriales.

a. La sustitución de procesos industriales.

La tecnología enzimática es la primera alternativa para disminuir la contaminación porque permite sustituir algunos procesos y productos industriales por otros menos agresivos para el medioambiente. A diferencia de los catalizadores no biológicos, las enzimas son altamente específicas, no tóxicas y biodegradables. Utilizadas como agentes biológicos, permiten procesos productivos más limpios y seguros, con menor consumo de energía y menor generación de residuos secundarios. El desarrollo de enzimas activas a altas temperaturas, en solventes no acuosos y en sólidos ampliará las aplicaciones futuras.

La tecnología enzimática alcanza a sectores muy diversos, algunos reconocidamente contaminantes, como las industrias de alimentos, detergentes, textiles, de papel y celulosa, de cueros, etc. En las curtiembres, por ejemplo, el uso de enzimas reduce el consumo de derivados del azufre en 40%, y produce cuero de mejor calidad. La introducción de hasta ocho enzimas en los detergentes evita el lavado de la ropa a muy altas temperaturas, disminuyendo el consumo de energía.

Los plásticos representan el 20% del volumen de desechos en los países industrializados, y la mayor parte proviene de los embalajes convencionales de la industria de alimentos. Constituyen un problema para el medioambiente porque además de perdurar por largo tiempo en la naturaleza, su fabricación emplea una materia prima no renovable (petróleo) y un proceso muy contaminante que gasta una gran cantidad de energía. A corto o mediano plazo, los plásticos podrán ser reemplazados por otros polímeros de propiedades similares y biodegradables, pero de origen bacteriano o vegetal.

La industria de papel y celulosa es otro caso a considerar. Consume alrededor de 4.000 millones de árboles por año, principalmente pinos y eucaliptos y produce 40 millones de toneladas de papel y celulosa al año. Brasil cuenta con 1,5 millones de hectáreas de bosques plantados, abasteciendo una actividad industrial que genera 100.000 empleos directos y exportaciones por valor de US$ 2,8 mil millones. Es el mayor productor latinoamericano de papel y celulosa, seguido por Chile. La madera está compuesta por celulosa, hemicelulosa y lignina. Aproximadamente, el 90% de esta última es eliminada mediante un tratamiento a altas temperaturas, realizado en medio alcalino. El 10% de la lignina restante le da el color pardo característico al producto resultante o pasta kraft, que se usa para hacer cartón y papel madera. El blanqueo requiere un tratamiento con oxígeno y cloro, en un proceso en el que se forman derivados clorados tóxicos.

Un procedimiento alternativo es el biopulping, un tratamiento enzimático con xilanasas que degradan el xilano de la hemicelulosa, eliminando la lignina a la que está asociada (Figura 1). El secuenciamiento del genoma del eucalipto ayudará en el mejoramiento de la calidad de la madera, al aumentar la proporción de celulosa y disminuir la de lignina en árboles de crecimiento más rápido.

Por otro lado, el secuenciamiento del genoma del hongo lignilolítico Phanerochaete chrysosporium (pudrición blanca) reveló la existencia de más de 240 genes que codifican para enzimas extracelulares que participan en la degradación de carbohidratos. Este hongo es el más eficiente en la descomposición de la madera y se lo usa en la industria para el blanqueo de la pulpa de papel y de las telas y, también, en la degradación de numerosos contaminantes de origen orgánico.

b. La sustitución de insumos agrícolas.

Una segunda alternativa es la aplicación de tecnologías limpias para sustituir parcialmente algunos insumos utilizados en la agricultura, tales como los fertilizantes y plaguicidas. Debido a la aplicación masiva de fertilizantes agrícolas, el nitrógeno (N) y el fósforo (P) que no fueron absorbidos por las plantas acaban siendo arrastrados por las lluvias hacia los ríos y las reservas de agua. El exceso de nutrientes estimula la proliferación de algas, impidiendo la vida en los cursos de agua y produciendo toxinas que afectan a los peces y al ganado.

  • El nitrógeno es un nutriente indispensable para los cultivos vegetales porque forma parte de las proteínas y de los ácidos nucleicos. Se encuentra en la atmósfera como N2 y en el suelo como nitrato, como resultado de la descomposición de la materia orgánica o proveniente de los fertilizantes agrícolas. Algunos microorganismos libres (Azotobacter, Azospirillum) o simbiontes (Rhizobium, Bradirhizobium) que viven en los nódulos de las raíces de las leguminosas (soja, poroto), pueden fijar directamente el nitrógeno atmosférico en una forma utilizable por las plantas. Inoculando las semillas con rizobios, por ejemplo, se disminuye la cantidad de nitrógeno que hay que agregarle al suelo. Se trata de una práctica muy simple, facilitada por la producción industrial de microorganismos seleccionados. La inoculación se hace antes de la siembra, mezclando el producto con las semillas humedecidas en tambores giratorios.

  • El fósforo se origina a partir de las rocas del suelo y de la descomposición de los seres vivos. En los suelos ácidos, propios de las regiones tropicales, la mayor parte de los fosfatos (95-99%) forma compuestos minerales orgánicos insolubles que no son directamente aprovechables por las plantas. Por eso, el fósforo se transforma en un nutriente limitante para su crecimiento. Las micorrizas son asociaciones simbióticas entre hongos y raíces vegetales. Los primeros absorben los nutrientes minerales y el agua del suelo, transfiriéndolos a la planta hospedadora. La inoculación de los suelos, o micorrización, disminuye la cantidad de fósforo que hay que adicionar para el crecimiento vegetal.

c. Manejo integrado de plagas versus agroquímicos.

Prácticas agrícolas como el uso de variedades seleccionadas y la rotación de cultivos reducen sustancialmente la aplicación de agroquímicos. Una herramienta adicional es la sustitución de los productos químicos por alternativas biológicas, tales como bacterias, hongos y virus entomopatogénicos. Un ejemplo es la aplicación de partículas de baculovirus, un virus que infecta y mata a las orugas (Anticarsia gemmatalis) de las leguminosas (soja).

Otro es la pulverización con esporas del hongo Metarhizium anisopliae, para combatir la cigarrita de la hoja de la caña de azúcar o la broca de los cítricos. El ejemplo más conocido de “tecnología verde” es el control biológico de insectos mediante las toxinas de una bacteria del suelo utilizada como insecticida agrícola desde hace más de treinta años, sin registro de daños en las personas, la vida silvestre o los insectos benéficos.

Con el desarrollo de la ingeniería genética, se transfirieron los genes codificadores de estas toxinas a varias plantas (maíz, algodón, arroz, etc.) que ahora producen directamente la toxina insecticida. Como un aliado de los biofertilizantes y la rotación de cultivos, el control biológico busca preservar los cultivos y proteger la producción de alimentos. El empleo de estas herramientas constituye lo que se conoce como manejo integrado de plagas.

9.5.2 Reducción de residuos.

La degradación de la basura (residuos sólidos) y el tratamiento de las aguas servidas y efluentes (residuos líquidos) son ejemplos clásicos de aplicaciones de la biotecnología tradicional. Son aplicaciones no siempre valoradas, a pesar del inmenso volumen de materia involucrado y de su importancia para el medioambiente.

a. La degradación de la basura.

En condiciones adecuadas, todos los compuestos naturales pueden ser degradados. Las poblaciones microbianas del ambiente degradan las sustancias orgánicas a través de numerosas reacciones químicas, sin necesidad de cuidados asépticos o de cultivos puros. En el compostaje, los propios microorganismos de la basura mineralizan la materia orgánica previamente fragmentada y mezclada. Al comenzar la degradación, la liberación de energía provoca un aumento de la temperatura suficiente para eliminar a la mayoría de los microorganismos indeseables (sanitización). A medida que la actividad microbiana disminuye, el sistema se estabiliza y madura hasta perder todo su potencial de biodegradación.


b. El tratamiento de las aguas residuales.

Las aguas cloacales están formadas por excrementos (heces y orina), aguas de uso doméstico (baño, lavado de ropa, etc.) y, eventualmente, algunos desechos de origen industrial. Liberadas directamente a los cursos de agua, las aguas cloacales desestabilizan a las poblaciones microbianas que al multiplicarse consumen el oxígeno provocando la muerte de peces y crustáceos.

El tratamiento de las aguas residuales ocurre en cuatro etapas.

· Tratamiento primario. Las aguas cloacales pasan por un proceso de filtración que remueve objetos grandes, basura y arena. En el tanque de sedimentación, la grasa sobrenadante se separa del lodo sedimentado, que puede ser transferido a un biodigestor.

· Tratamiento secundario. El líquido efluente del tanque de sedimentación puede tratarse en lagunas de escasa profundidad o en filtros de goteo, colonizados por los propios microorganismos de la cloaca, que se desarrollan digiriendo la materia orgánica del medio. También puede tratarse en tanques de lodo activado, donde inyectando aire comprimido se oxigena y agita el medio. Un segundo tanque de sedimentación separa el efluente del lodo.

· Tratamiento terciario. Elimina sustancias inorgánicas y orgánicas, mediante procedimientos tales como la filtración, la volatilización del amoníaco, la precipitación del fosfato, etcétera.

· Tratamiento avanzado. Si bien la degradación microbiana de los residuos orgánicos no elimina totalmente a los microorganismos patógenos, la carga restituida al ambiente disminuye considerablemente. Solo algunos procedimientos adicionales eliminan a los microorganismos patógenos recalcitrantes (cloración, irradiación UV y tratamiento con ozono).

9.5.3 Biorremediación.

La Biorremediación, ha sido llamado a cualquier proceso que utilice microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para retornar a un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural.

Entre las sustancias sintetizadas químicamente por el hombre, hay muchas que se parecen a las naturales, mientras que otras difieren de cualquier molécula fabricada por un organismo vivo. Entre más de 300 sustancias orgánicas e inorgánicas peligrosas de este grupo, hay algunas que son biodegradadas muy lentamente y persisten por mucho tiempo en el ambiente.


a. Los contaminantes.

Aproximadamente, 2,5 millones de toneladas de sustancias químicas peligrosas se liberan anualmente al ambiente, como producto de las actividades humanas. A diferencia de los residuos agrícolas y urbanos, los metales provenientes de las actividades extractivas e industriales no son biodegradados. Existen plantas genéticamente modificadas para transformar los compuestos organomercuriales formados en diversas actividades (por ejemplo, extracción de carbón y de oro), en una forma volátil menos tóxica.

Otra alternativa, es buscar microorganismos con características especiales que permitan resolver problemas ambientales. Algunos ya son conocidos: Deinococcus radiodurans, resistente a la radiación; Bacillus infernus, resistente a altas temperaturas; Methanococcus jannaschi, resistente a presiones de hasta 230 atmósferas y a altas temperaturas, etcétera.

b. Los tratamientos.

Existen varios métodos para remover sustancias recalcitrantes del medioambiente. Las opciones contemplan la construcción de barreras físicas, el lavado o ventilación del suelo contaminado y su destrucción por incineración o por biorremediación. Esta última apela al uso de agentes biológicos y opera a menor costo y más rápidamente. Una forma de biorremediación es la producción de biomasa en el lugar contaminado (in situ). Desde el punto de vista práctico, hay dos estrategias posibles que son la inoculación del suelo con microorganismos especializa dos, o el agregado de nutrientes que estimulen la acción de los microorganismos presentes en el sitio contaminado.

En ambos casos, las bacterias u hongos degradan los desechos peligrosos transformándolos en productos inofensivos. Una vez consumido el material tóxico utilizado como alimento, los microorganismos mueren o vuelven a su nivel poblacional normal en el ambiente.

Otra forma de biorremediación de los suelos contaminados es el tratamiento ex situ, en que el suelo excavado es transferido a un biodigestor. Como la liberación de microorganismos genéticamente modificados al ambiente aún es vista con desconfianza, su empleo se restringiría a estos sistemas cerrados. La modificación genética de los microorganismos puede originar cepas con un potencial de degradación de los contaminantes mayor que el de los organismos naturales.

También permite el diseño de microorganismos que combinen varias características de diferentes cepas, como la degradación de PCB (degradación de bifenilos policlorados) y la adaptación a un amplio rango de temperaturas. Introduciendo los dos genes correspondientes en una bacteria inocua y de fácil cultivo, esa contaminación podría ser tratada de manera específica.

Entre las formas ingeniosas de biorremediación, cabe destacar el uso de microorganismos que sobreviven en el ambiente contaminado y tienen sistemas enzimáticos capaces de digerir los contaminantes, aunque sean ligeramente diferentes a sus sustratos normales. Esta propiedad, denominada metabolismo gratuito, fue utilizada para descontaminar el río Savannah de tricloroeteno (TCE), un residuo de la fabricación de componentes de armas, donde era usado como desengrasante. Vertido en el suelo, el TCE contaminó las napas subterráneas, creando un problema ambiental muy serio. Para eliminar la contaminación se usó una bacteria que metaboliza metano y es capaz de degradar el TCE. La bacteria se multiplica inicialmente utilizando el metano inyectado en el suelo. Cuando este acaba, la bacteria consume TCE durante un tiempo, pasado el cual necesitará nuevamente metano. La repetición cíclica del proceso redujo la contaminación a niveles aceptables. Se considera que esta tecnología es viable desde el punto de vista comercial.

c. Los derrames de petróleo.

Uno de los problemas más serios de contaminación ambiental es el derrame de petróleo en los mares, causado por accidentes graves. Las manchas de petróleo vertidas en el mar contienen compuestos tóxicos que representan una amenaza para la ecología marina y costera, afectando todas las formas de vida acuática y constituyendo un riesgo para la salud del consumidor.

El petróleo derramado acabará siendo degradado por los microorganismos naturalmente presentes en el ambiente marino, pobre en nitratos y fosfatos. Por eso se agregan nutrientes a los dispersantes químicos (detergentes) o a las espumas de limpieza de las rocas de la costa. Se estima que hasta el momento se ha tratado por biorremediación el suelo de más de sitios contaminados con petróleo, causados por derrames de tanques de almacenamiento.

9.5.4 Diagnósticos de contaminación ambiental.

Para emitir un diagnóstico de contaminación ambiental se debe monitorear el agua, el aire y el suelo. Las tecnologías incluyen el uso de indicadores biológicos, de biosensores y de técnicas inmunológicas y genéticas.

a. Indicadores biológicos.

Son plantas y animales capaces de acumular metales pesados y contaminantes orgánicos persistentes. Es posible evaluar la contaminación ambiental midiendo la concentración del contaminante en un organismo específico. También se puede obtener una valoración indirecta a partir de otras variables, como el número de plantas y de especies microbianas, el número de individuos de esas especies, etcétera.

b. Técnicas inmunológicas.

Estas técnicas emplean anticuerpos específicos, marcados o asociados a enzimas. Las técnicas inmunoenzimáticas, cuyos resultados pueden apreciarse simplemente por un cambio de color, resultan especialmente apropiadas para los ensayos de campo. Poco a poco, van sustituyendo las pruebas tradicionales que, además de ser lentas, exigen un equipamiento complejo (test para coliformes en agua). Los inmunoensayos de diversos tipos permiten el monitoreo continuo, automatizado y barato de pesticidas como el dieldrin, el paratión y los PCB (bifenilos policlorados).

Técnicas genéticas Se usan para identificar poblaciones microbianas. Como no sabemos cultivar en el laboratorio a la mayoría de los microorganismos del ambiente, una buena parte de la biodiversidad microbiana permanece desconocida. Sin embargo, las secuencias génicas correspondientes al ARN ribosómico (ARNr) permiten identificar a numerosas especies en una muestra ambiental. La tecnología del ADN también ayuda a monitorear los cambios en las comunidades microbianas a medida que remueven los contaminantes, permitiendo que se detecte cualquier variación ambiental y se restauren rápidamente las condiciones óptimas del sistema. Micromatrices específicas permiten evaluar la expresión de los genes de una cepa o una comunidad microbiana, en relación a un agente ambiental (genosensores).

c. Biosensores.

Estos dispositivos combinan varios componentes biológicos y electrónicos inmovilizados en un sustrato, generalmente en la forma de un chip. Algunos son muy selectivos, mientras que otros son sensibles a un espectro amplio de sustancias. El componente biológico puede ser una enzima, un anticuerpo o un microorganismo. Respondiendo a un estímulo ambiental, se verifica un cambio en sus propiedades, que es detectado óptica o electrónicamente, proporcionando una medida cuantitativa del contaminante. Bacterias o levaduras inmovilizadas pueden indicar la presencia de una determinada sustancia, ya sea porque la metabolizan o porque esta inhibe su propio metabolismo microbiano. Es especialmente interesante la utilización de organismos genéticamente modificados, asociando el promotor del gen de una enzima que reacciona con la sustancia buscada (arsénico, por ejemplo) a genes indicadores (luminiscencia, fluorescencia o producción de una sustancia coloreada).

9.5.5 Protección de la biodiversidad.

a. Los centros de diversidad.

Hoy se admite que la diversidad de las plantas cultivadas y silvestres es bastante mayor en algunos puntos geográficos, y que algunos biomas son más propicios para la agricultura que otros. No siempre los centros de diversidad coinciden con los centros de origen, porque las migraciones humanas permitieron la aparición de centros de diversidad secundaria. En estos, las especies se seleccionaron en función de las prácticas agrícolas y por la presión ambiental, volviéndose tolerantes a las condiciones ambientales y resistentes a las enfermedades locales.

La biodiversidad debe buscarse en los centros de origen y diversidad, la mayoría de los cuales se encuentra dentro de la franja limitada por los trópicos, que coincide con la ubicación geográfica de la mayoría de los países en desarrollo.

b. La conservación de la biodiversidad.

Una de las consecuencias del proceso evolutivo es la extinción de especies. El número de especies vivas no llega al 1% de las que alguna vez poblaron la Tierra. El aspecto más preocupante no es tanto la aparición y desaparición de especies como la velocidad a la que está ocurriendo, porque caracteriza una extinción en masa causada por el hombre.

Consideremos el caso de la Mata Atlántica (Brasil), cuya biodiversidad es mayor que la de Amazonia. Se encuentra tan devastada que solo quedan algunos pedazos de la floresta original y su conservación depende de los corredores que puedan establecerse entre los fragmentos. Con el auspicio del Programa de las Naciones Unidas para el Medioambiente (UNEP), la Convención sobre la Diversidad Biológica entró en vigor en 1993. Promueve la cooperación internacional para la conservación de la diversidad biológica, el uso sustentable de los recursos biológicos y la distribución justa y equitativa de los beneficios que resultan del uso de los recursos genéticos.

La conservación de la biodiversidad y de los recursos genéticos significa mucho más que salvarlos de la extinción. El objetivo es conservar suficiente diversidad dentro de cada especie como para garantizar que su potencial genético pueda emplearse en el futuro.

De un modo general, en todos los cultivos actuales se han incorporado genes provenientes de bancos genéticos o de variedades salvajes conservadas por pueblos que practican una agricultura tradicional. La producción comercial del tomate, por ejemplo, sería imposible sin la contribución de genes silvestres de América Latina. Gracias a los trigos salvajes disponemos de variedades resistentes a los hongos, a la sequía, al calor y al frío. La resistencia a cuatro enfermedades que tiene el arroz cultivado se debe a una variedad encontrada en India central.

c. La conservación in situ.

La biodiversidad puede conservarse in situ mediante la protección ambiental de una región determinada (unidades de conservación ambiental). Pero además de mantener la dinámica evolutiva de las especies, se deben contemplar las necesidades de la población, creando reservas de desarrollo sustentable.

En Costa Rica, una ley de 1996 compensa a quienes conserven o aumenten el área de floresta dentro de sus propiedades. Nuestro país destacado por su riqueza natural y por el esfuerzo de conservación y protección que ha permitido, que a la fecha más del 25% de todo el territorio nacional se encuentre bajo el sistema de áreas protegidas.

Además del Sistema Nacional de Áreas de Conservación, existen grandes proyectos e iniciativas de conservación que involucra actores estatales, privados y las comunales, movimientos nacionales e internacionales que se han dado a la tarea de promover investigación, educación ambiental, conservación y el aprovechamiento responsable de áreas con importantes recursos

naturales en todo el país.

d. La conservación ex situ y los bancos de germoplasma.

La conservación ex situ comprende una colecta de muestras representativas de una población y su mantenimiento en bancos de germoplasma y jardines botánicos, en la forma de semillas, estacas, plantas enteras, etc.

El método se aplica especialmente a las plantas cultivadas que se reproducen por semillas, dependiendo del período de conservación de la especie y de la técnica utilizada. La criopreservación permite conservar las semillas durante largos períodos de tiempo: 10 a 30 años a una temperatura de 5 0C; un siglo a una temperatura entre -18 0C a -20 0C.

Como la viabilidad de las semillas decae con el tiempo, estas son colocadas para germinar periódicamente y obtener nuevas plantas y semillas frescas. Además de facilitar el acceso a la información de los mejoradores, la criopreservación tiene la ventaja de conservar el material en un espacio reducido y con cuidados intensivos. Sin embargo, debido a las limitaciones del tamaño de las muestras, la conservación de los recursos fitogenéticos puede ser insuficiente.

El costo es altísimo e inclusive la colección de la Estación Experimental Vavilov (San Petersburgo, Rusia), que sobrevivió a la Segunda Guerra Mundial, enfrenta hoy grandes dificultades económicas. Las técnicas de cultivo de tejidos posibilitan la conservación de plantas de multiplicación vegetativa (raíces como la mandioca, tubérculos como la papa, banana, caña de azúcar) y de plantas cuyas semillas no resisten a la desecación (coco, cacao, cítricos, café, dendé, caucho y el 70% de los árboles de los bosques tropicales, etc.). Con la criopreservación de tejidos, el material se mantiene por tiempo indeterminado.

Por otro lado, se han incorporado las técnicas de análisis de ADN tanto a los estudios de diversidad genética como al control de la duplicación de muestras. Con el mapeo del genoma de las plantas en las que se basa la producción agrícola, y la disponibilidad de los datos en el dominio público, se abren nuevas perspectivas para la conservación de los recursos genéticos. Hoy existen más de 1.400 bancos de genes y de germoplasma con más de 6.000.000 muestras. Los principales se encuentran en Estados Unidos, China, Alemania y Brasil. En un lugar de Noruega –considerado a salvo de mudanzas climáticas, desastres naturales y guerras–, a mil kilómetros del Polo Norte, fue creado recientemente el banco de semillas de Svalbard, con capacidad para almacenar 4,5 millones de muestras de 500 semillas.

Costa Rica envía a Bóveda Mundial semillas de importancia global

El Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza (CATIE) de Costa Rica informó hoy de un envío de 591 muestras de semillas de importancia global para que sean almacenadas en la Bóveda Mundial de Semillas.

El CATIE aseguró que las semillas enviadas a la Bóveda, situada en Svalbard, Noruega, son de importancia global por tratarse de germoplasma criollo y único de cultivos como ayote, maíz, frijoles y tomate, entre otros.

El especialista en recursos fitogenéticos del CATIE, William Solano, explicó en un comunicado que el material enviado posee características relevantes como alto valor nutricional y tolerancia a enfermedades, por lo que puede utilizarse en procesos de mejoramiento genético para enfrentar los desafíos de la agricultura incrementados por el cambio climático.

Este es el mayor de los cinco envíos que ha realizado la institución a la Bóveda, con lo que ya suman 1.313 muestras de semillas del CATIE en la Bóveda Mundial de Semillas, lo que corresponde al 21% del total de material propio que el Centro conserva en la cámara fría de su Banco de Germoplasma.

Esto también permite a la entidad asegurar su material al tener un duplicado de las semillas en otro sitio y la posibilidad de solicitarlo de regreso ante cualquier circunstancia que cause la pérdida de alguna de ellas.

Los depósitos a la Bóveda Mundial de Semillas están regulados por un acuerdo que el CATIE firmó en 2010 con el Ministerio de Agricultura y Alimentación de Noruega. Según este acuerdo, el CATIE sigue siendo dueño del material que envía a la bóveda y puede repatriarlo en cualquier momento.

Clase en diferido

Saludos. Jóvenes por razones que desconozco la plataforma no me deja ingresar. Para no atrasarlos voy a subir una clase en diferido aquí mismo, mientras tanto lean el capítulo 09 y contesten la siguiente pregunta:

Según la información del capítulo 09, nos hace reflexionar y pensar en que los problemas humanos no son únicos y aislados, ¿cómo se debe, entonces, utilizar las técnicas biotecnológicas cuando se resuelve un problema? Valor 5 ptos


Introduzca su respuesta en los comentarios (al final).


Comentarles que los resultados del examen los subiré al aula virtual en uno momentos. Además, les voy a enviar a sus correo un avance de las notas que tienen hasta el momento.

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