Bacterias: Aliadas en la Restauración de Suelos Agrícolas Contaminados
Descripción
Por: Anaí Valencia-Luna y Damián Lozada-Campos
Resumen
El suelo agrícola es la base del 95% de los alimentos que has consumido a lo largo de toda tu vida, pero también, cada año recibe millones de toneladas de contaminantes orgánicos persistentes a nivel global. Resulta difícil calcular el impacto real que genera el suministro de esta cantidad constante de agentes contaminantes; sin embargo, se puede observar en el desequilibrio que ocasiona en las interdependencias con el ecosistema. Aproximadamente el 40% de la superficie de nuestro planeta es destinado a la agricultura; no obstante, un tercio de los suelos se encuentran degradados, erosionados o contaminados, estos contaminantes proceden de actividades humanas como las prácticas agrícolas no sustentables o actividades industriales que afectan los procesos químicos, físicos y biológicos, promoviendo elevados costos de producción, abandono de actividades agrícolas, contaminación de aguas subterráneas e, inevitablemente, riesgos a la salud humana.
Por fortuna, existen microorganismos con la capacidad metabólica de degradar contaminantes con una elevada estabilidad molecular, como hidrocarburos o plaguicidas, algunas bacterias incluso poseen la maquinaria enzimática necesaria para sintetizar metabolitos secundarios que promuevan el crecimiento vegetal o fijar biológicamente el nitrógeno atmosférico y utilizarlo como fertilizante para las plantas, de esta manera, se vislumbra una alternativa que disminuya los impactos negativos al medio ambiente y, simultáneamente, incida en el aumento de la productividad agrícola.
Palabras clave: agroecosistemas, biodegradación, bioinsumos.
En la era actual, la contaminación ambiental, especialmente la contaminación del suelo, se ha convertido en un desafío crítico que afecta a nivel mundial (Huang et al., 2017). Durante las últimas décadas, hemos sido testigos de un aumento alarmante en la contaminación de los suelos destinados a la producción de alimentos, un problema derivado del uso indiscriminado de agroquímicos, el riego con aguas residuales y diversas actividades industriales (Elbana et al., 2019). Estas prácticas han dado lugar a consecuencias adversas y crónicas en los agroecosistemas, ya que la presencia de compuestos xenobióticos interfiere con los procesos físicos y químicos naturales del suelo, afectando las funciones ecológicas y las interacciones biológicas, lo que incrementa la toxicidad y obstaculiza la disponibilidad de nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas, poniendo en riesgo la salud humana (Balseiro et al., 2018).
Generalmente, la contaminación del suelo puede manifestarse en forma de iones inorgánicos y moléculas orgánicas complejas, lo que lleva a la clasificación de dos grupos principales de contaminantes: los inorgánicos y los orgánicos (Cachada et al., 2018). En particular, los llamados contaminantes orgánicos, se caracterizan por contener enlaces carbono-carbono o carbono-hidrógeno en su estructura, abarcando una amplia gama de compuestos, como tensoactivos, productos farmacéuticos, pesticidas e hidrocarburos (Ren et al., 2018). Es importante destacar que los pesticidas y los hidrocarburos, especialmente aquellos clasificados como contaminantes orgánicos persistentes, son considerados de mayor prioridad gracias a su naturaleza química estable, potencial de bioacumulación y propiedades carcinogénicas y mutagénicas (Gulan et al., 2017).
En este sentido, los plaguicidas han sido objeto de una atención particular debido a su papel crucial en la producción agroalimentaria. La creciente necesidad de aumentar el rendimiento y reducir las pérdidas de cultivos ha llevado a un aumento en el uso de diversos agroquímicos que permiten controlar microorganismos fitopatógenos y depredadores. Sin embargo, esta problemática ha causado la acumulación de millones de toneladas de dichas componentes químicos en los suelos agrícolas a nivel global, afectando las interacciones del ecosistema generando desequilibrios ecológicos, además, la resistencia desarrollada por los organismos debido al uso excesivo de plaguicidas ha reducido su eficacia, lo que plantea desafíos adicionales en el control de plagas y enfermedades en la agricultura (Carles et al., 2018).
Por otro lado, la contaminación de suelos por presencia de hidrocarburos ha ido en aumento en países en desarrollo a causa de diversos efluentes petroquímicos y actividades relacionadas con la industria del petróleo, particularmente, los suelos agrícolas se contaminan con hidrocarburos debido a la extracción y el transporte de petróleo y sus derivados, como el diésel y la gasolina (Gennadiev et al., 2015). Su compleja estructura molecular los hace altamente recalcitrantes y potencialmente bioacumulables, dificultando su extracción del medio ambiente impactando directamente a los seres vivos expuestos crónicamente a estos contaminantes (Rengarajan et al., 2015).
Frente a esta problemática, se han buscado soluciones que permitan remediar los agroecosistemas contaminados sin comprometer la producción de alimentos. El uso de bacterias que viven en el suelo en técnicas biológicas de descontaminación como la fitorremediación, la bioestimulación y la bioaumentación con microorganismos competentes, ha surgido como una estrategia sostenible para la restauración de suelos agrícolas contaminados. Actualmente, los investigadores estudian bacterias que poseen un metabolismo especializado que les permite utilizar compuestos orgánicos contaminantes como fuente de carbono, lo que contribuye a su eliminación y al mismo tiempo promueve el crecimiento de las plantas (Subramaniam et al., 2020). Puntualmente, la degradación biológica de compuestos orgánicos persistentes depende de la biodiversidad de microorganismos en suelo, así como su capacidad de metabolizar componentes tóxicos y de utilizarlos como fuente de carbono, nitrógeno o fósforo para la producción de su biomasa (Sidhu et al., 2019). Las rutas bacterianas de biodegradación de los contaminantes orgánicos persistentes presentes en suelos agrícolas no han sido dilucidadas en su totalidad; sin embargo, se reconoce la importancia de estos micoorganismos debido a producen diferentes complejos enzimáticos que facilitan la primera reacción en el proceso de degradación (Bilal et al., 2019). Además, algunas de ellas son también promotoras del crecimiento vegetal (BPCV), y se han destacado como una herramienta valiosa para la agricultura sostenible para la producción en suelos contaminados. Estas bacterias rizosféricas interactúan con las raíces de las plantas de diversas formas beneficiosas, como la fijación biológica de nitrógeno atmosférico y la producción de sustancias que estimulan el crecimiento como sideróforos y fitohormonas, desempeñando un papel clave para la tolerancia al estrés biótico y abiótico de especies vegetales; sin embargo, sus mecanismos de acción no se conocen en su totalidad (Vejan et al., 2019).
En conclusión, la contaminación del suelo es un problema ambiental de gran magnitud con consecuencias significativas para la producción de alimentos y la salud humana. La intensificación de la agricultura y el uso excesivo de agroquímicos han llevado a la acumulación de compuestos tóxicos en los suelos, lo que amenaza la seguridad alimentaria y la sostenibilidad de los agroecosistemas. En este sentido, la adopción de enfoques sustentables, como las técnicas biológicas de descontaminación mediante el uso de bacterias promotoras del crecimiento vegetal, puede desempeñar un papel crucial en la recuperación de los suelos contaminados y en la promoción de la producción de alimentos saludables y seguros.
Para abordar este desafío de manera efectiva, se requiere una colaboración integral entre científicos, agricultores, gobiernos y la sociedad en general. La implementación de prácticas agrícolas más responsables, la regulación adecuada de los productos químicos agrícolas y la adopción de métodos de remediación innovadores son pasos esenciales para mitigar los efectos negativos de la contaminación del suelo en la producción de alimentos y en el bienestar ambiental a largo plazo.
Referencias
Balseiro-Romero, M., Monterroso, C., y Casares, J. J. (2018). Environmental fate of petroleum hydrocarbons in soil: review of multiphase transport, mass transfer, and natural attenuation processes. Pedosphere, 28(6), 833-847. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(18)60046-3
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Carles, C., Bouvier, G., Esquirol, Y., Pouchieu, C., Migault, L., Piel, C., … y Baldi, I. (2018). Occupational exposure to pesticides: development of a job-exposure matrix for use in population-based studies (PESTIPOP). Journal of exposure science & environmental epidemiology, 28(3), 281-288. https://doi.org/10.1038/jes.2017.26
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Gulan, L., Milenkovic, B., Zeremski, T., Milic, G., y Vuckovic, B. (2017). Persistent organic pollutants, heavy metals and radioactivity in the urban soil of Priština City, Kosovo and Metohija. Chemosphere, 171, 415-426. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.12.064
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Ren, X., Zeng, G., Tang, L., Wang, J., Wan, J., Liu, Y., … y Deng, R. (2018). Sorption, transport and biodegradation–an insight into bioavailability of persistent organic pollutants in soil. Science of the total environment, 610, 1154-1163. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.08.089
Rengarajan, T., Rajendran, P., Nandakumar, N., Lokeshkumar, B., Rajendran, P., y Nishigaki, I. (2015). Exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons with special focus on cancer. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, 5(3), 182-189. https://doi.org/10.1016/S2221-1691(15)30003-4
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