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Una nueva línea de investigación instaló en Chile la académica del Departamento de Ciencias de la Ingeniería para la Sostenibilidad de la Universidad de Playa Ancha, Dra. Estela Tapia Venegas, a través del proyecto Fondecyt de Iniciación “Aplicación de microorganismos anaeróbicos dependientes de nitratos en el tratamiento de un efluente rico en nitratos en sistemas acuícolas de recirculación de Seriola lalandi” que permitió el hallazgo, cultivo y caracterización nacional de microorganismos descubiertos tan sólo hace quince años atrás en Países Bajos, Australia y China: las bacterias y arqueas n-DAMO.
Estudiando la producción de energía mediante el tratamiento de nutrientes, como la obtención de hidrógeno a partir de microorganismos de fermentación oscura en cultivos mixtos, la académica del claustro del Doctorado Interdisciplinario en Ciencias Ambientales se concentró en estos nuevos microorganismos disponibles para la investigación y desarrollo de biotecnologías para la reutilización de aguas residuales de origen acuícola.
“En un inicio, las herramientas de biotecnología sólo utilizaban bacterias nitrificantes y desnitrificantes de manera convencional, pero poco a poco se ha ido avanzando hacia tecnologías que utilizan otras bacterias del ciclo del nitrógeno, como Anammox y ahora n-DAMO, con el fin de hacer de este proceso uno más eficiente en términos técnicos y económicos”, explicó la académica de la Facultad de Ingeniería.
En esa línea, este proyecto de Iniciación en Investigación N° 11200211 se propuso encontrar estos microorganismos en un entorno natural, enriquecerlos a partir de una muestra ambiental, estudiar sus parámetros de crecimiento y analizar su comportamiento en aguas de altas concentraciones de sal como serían los Sistemas de Recirculación de Acuicultura (RAS) del pez Seriola lalandi.
Microorganismos y biotecnología
Así como ha reportado la literatura reciente, las bacterias y arqueas n-DAMO metabolizan el metano, nitrito y nitrato presente en mayores o menores cantidades en los ecosistemas hasta llevarlo a nitrógeno gaseoso, contribuyendo así al ciclo del nitrógeno y permitiendo que éste sea reutilizado. En Chile y el mundo esta reutilización podría asociarse al tratamiento de aguas residuales con alto contenido de nitrato.
-Desde que comenzó a especializarse en esta línea de investigación, ¿ha visto un auge de este tipo de biotecnologías asociadas al tratamiento de aguas residuales?
“Considerando que las plantas de tratamiento existen desde 1900, no. Lo que ha cambiado en los últimos años ha sido la necesidad de que estas plantas de tratamiento no produzcan residuos. Aunque logran limpiar el agua, obtienen grandes cantidades de lodos que terminan en rellenos sanitarios y son un gasto para ellas, entonces a través de la biorrefinería han tratado de transformar estos lodos en un producto de valor agregado. Hoy día, en algunas plantas, esos lodos son procesados y degradados en otro biorreactor que los transforma en metano que es utilizado como bioenergía. Además, se ha ido incluyendo el tratamiento de nutrientes como el nitrógeno dentro de estos procesos”.
-En ese sentido, si estos microorganismos fueron descubiertos hace poco más de quince años, ¿cómo han sido abordados nacional e internacionalmente?
“Estos organismos aún no los han podido aislar para tenerlos en cultivos puros y ver en detalle, por ejemplo, su cinética, velocidad de crecimiento y otros parámetros que sirven para optimizar su cultivo en un biorreactor. Entonces lo primero que debíamos hacer para poder estudiarlos era conseguirlos, y le escribí a otros investigadores extranjeros que habían trabajado con éstos para saber si aún conservaban estos microorganismos bioaumentados y no los tenían, entonces ahí surgió el primer objetivo de mi Fondecyt. Sabiendo que acá en Chile tenemos una gran diversidad de ambientes, ¿por qué no encontrarlos acá?
-¿Y dónde es posible encontrarlos?
“Justamente, están en ambientes acuáticos donde se podría producir metano como humedales, lagos, ríos y estuarios, pero además son espacios ricos en nitrato –y nitrito, pero éste eventualmente se convierte en nitrato– por lo tanto debían haber tenido episodios de contaminación”.
-En esa línea, ¿qué fueron detectando en los muestreos realizados en la Región de Valparaíso?
“Una mayor concentración de nitrato en el agua puede indicar contaminación de origen antropogénico, sin embargo, éstos no siempre superan los límites establecidos por las normas primarias o secundarias de calidad ambiental para considerarla contaminada. Entonces eso también fue una discusión con mis estudiantes de Ingeniería Civil Ambiental, ¿qué pasa cuando no hay normas de calidad secundaria? Aunque las concentraciones de nitrato que estudiamos no representan un peligro para nosotros, o para los ecosistemas, igualmente están acusando algo.
De hecho tuve una estudiante tesista, Jéssica Araya Leyton, que estudió Laguna Verde porque esta subcuenca no tiene normas de calidad, entonces analizó cuáles eran los posibles focos de contaminación y cuáles serían las normas de calidad que se podrían aplicar en el lugar para protegerlo”.
-¿Y qué lectura hace de eso?
“Que son un llamado de alerta del que debiéramos preocuparnos. No todos los cuerpos de agua están protegidos por normas secundarias de calidad ambiental y que la presencia de estas bacterias significa que están haciendo su trabajo, que en algún momento ese nitrato va a desaparecer en vertidos puntuales, pero también pueden ser indicadores de descargas ilegales o de mal uso de las aguas”.
Hallazgos
Tras la selección de muestras de un biorreactor de una planta de tratamiento de aguas residuales rurales y de sedimento del río Maipo, la académica de la Facultad de Ingeniería aisló un cultivo mixto de microorganismos bioaumentados con n-DAMO y comparó su comportamiento en condiciones extremas que simularan las aguas de un Sistema de Recirculación de Acuicultura (RAS) de peces de agua salada.
-Sólo para entender su comportamiento, ¿cómo van consiguiendo esa adaptación?
“Las bacterias viven en comunidad en un cultivo mixto y, de a poco, se pueden ir adaptando al ambiente que les presentas. Por ejemplo, en la digestión anaerobia, hay bacterias que hidrolizan todo a compuestos simples como azúcares simples, ácidos grasos y aminoácidos, y una vez pasa eso, hay otras que los convierten en ácidos, otras que los transforman en ácido acético, y por último, estas arqueas lo transforman en metano en un trabajo en cascada y de necesidad mutua. Pasa lo mismo en cualquier cultivo mixto en que se trabaja una caja negra, mientras no los aislemos y tengamos los microorganismos que queremos en mayor proporción, habrá otros que les ayuden a desarrollar estrategias para sobrevivir”.
-¿Y cuáles fueron los resultados de esos experimentos?
“Evaluamos el efecto de un ambiente salino en la remoción de nitrato de dos cultivos mixtos enriquecidos. Aunque uno mostró una mayor remoción de nitrato que el otro, 85% frente a 79%, los inóculos exhibieron diferentes respuesta ante el ambiente salino. Los ensayos con sal redujeron la remoción del nitrato, demostrando que la arquea n-DAMO con sal presente en uno de los cultivos enriquecidos sería más resistente a la sal que la arquea n-DAMO del otro”.
-¿Cómo dialogan estos hallazgos con sus posibles beneficiarios?
“Mi trabajo consistió en determinar las condiciones ambientales de estas bacterias en un biorreactor y logramos encontrar, cultivar y desarrollar microorganismos capaces de degradar nitrato y convertirlo en nitrógeno gaseoso. Sólo después de esto se puede evaluar si el proceso es rentable, o no, para sistemas de acuicultura de tipo RAS”.
-Finalmente, ¿qué proyecciones tienen estos resultados?
“Estos microorganismos podrían asociarse con otros implicados en el ciclo del nitrógeno para llevar a cabo procesos más eficientes y rentables, permitiendo además el desarrollo de tratamientos de agua diseñados específicamente para casos particulares”.
