No es ningún secreto que nos encontramos al borde de una crisis climática y el incremento de la contaminación ambiental no hace más que oscurecer el panorama. El ser humano, en el empeño de incrementar sus actividades productivas, ha perjudicado de manera consistente al medio ambiente y sus ecosistemas por lo que está obligado a buscar mecanismos de mitigación y reparación del daño; es por ello que un sector de la comunidad científica internacional se dedica a investigar, desde diferentes áreas del conocimiento, posibles soluciones a esta enorme problemática.

La biotecnología se encarga de utilizar organismos vivos, o partes de ellos, para el beneficio de la sociedad y cuando se enfoca en remediar áreas contaminadas se le conoce como biotecnología ambiental, la cual presenta muchas ventajas respecto a las alternativas físicas y químicas de mitigación de contaminantes. Los métodos biotecnológicos destacan por ser altamente eficientes y ambientalmente amigables gracias a que se basan en la utilización de plantas, hongos o microorganismos.     

Organismos genéticamente modificados

Las aplicaciones más importantes de la biotecnología moderna han surgido de la modificación del material genético de los organismos, el ADN, por medio de la ingeniería genética. Los transgénicos son organismos que poseen genes provenientes de otras especies; por ejemplo, la insulina que utilizan los pacientes con diabetes se produce en bacterias a las cuales se insertó el gen de la insulina humana o los cultivos de soja y algodón que son, gracias a la introducción de genes bacterianos, capaces de tolerar herbicidas o resistir plagas.

La biotecnología ambiental busca la manera de generar tecnologías eficientes, accesibles y de bajo costo que permitan resolver los problemas actuales de contaminación. Entre las opciones biotecnológicas destaca la biorremediación, que utiliza bacterias modificadas genéticamente para eliminar una mayor concentración de contaminantes o para eliminar varios contaminantes a la vez; incluso es posible transformar a las bacterias para degradar contaminantes que naturalmente no son capaces de hacerlo.

Aplicación de bacterias modificadas en biorremediación

De manera natural, algunas de las bacterias que viven en los ecosistemas contaminados son capaces de adaptarse y sobrevivir a través de la expresión de genes que codifican enzimas que participan en la degradación de los contaminantes; por ejemplo, el complejo CzcCBA se expresa frecuentemente en ambientes contaminados por metales pesados, pues permite a los microrganismos expulsar el exceso de Zn, Cd y Co. Con la ayuda de la ingeniería genética se pueden aprovechar estos procesos biológicos para remediar ambientes contaminados de diferentes maneras:

1. Incrementar la expresión de los genes con capacidad de degradación de contaminantes para potenciar la capacidad remediadora de la cepa bacteriana. De esta manera, Streptomyces coelicolor M145 fue diseñada para mejorar la eficiencia de la degradación de n-hexadecano al sobreexpresar el gen alkB que codifica la enzima alcano monooxigenasa.
2. Introducir genes de bacterias remediadoras en otras especies. Una característica muy interesante del material genético es que su composición y estructura es prácticamente idéntica en todos los seres vivos, lo que hace posible que una célula sea capaz de “leer” la información contenida en los genes provenientes de otra especie. Y, en consecuencia, expresarlos como si fueran propios. Por ejemplo, la atrazina es un herbicida tóxico que puede ser degradado por una enzima codificada por el gen atzA. La adición directa de bacterias modificadas que expresan el gen atzA obtenido de la cepa Pseudomonas ADP es capaz de eliminar con mucha eficiencia la atrazina en el suelo contaminado.
3. Combinar varios genes diferentes para permitir la degradación de varios contaminantes a la vez. Una limitante al utilizar en la remediación bacterias nativas de ambientes contaminados es que generalmente se adaptan a compuestos específicos. Por otro lado, la ingeniería genética permite la adición de varios genes de manera simultánea por lo que los microorganismos genéticamente modificados pueden diseñarse para la degradación de contaminantes formados de diferentes compuestos. Algunos ejemplos son la cepa modificada genéticamente Pseudomonas sp. BS394 que degrada de manera simultánea tolueno, naftaleno y fenantreno o bacterias transgénicas que pueden degradan tanto pesticidas organofosforados como organoclorados.

Presente y futuro de las super bacterias

La utilización de bacterias para remediar ambientes contaminantes es una alternativa muy interesante. Sin embargo, con frecuencia las bacterias nativas tienen problemas para aclimatarse a nuevos entornos y realizar la degradación de contaminantes eficientemente. Por lo anterior, las bacterias genéticamente modificadas son una opción perfecta para la biorremediación y su investigación es un área muy prometedora de la biotecnología ambiental.

En la actualidad, son pocos los ejemplos de bacterias genéticamente modificadas aprobados para su uso en el medio ambiente, debido a que antes de su liberación deben demostrar que son efectivos y seguros. La enorme mayoría de la evidencia apunta a que los temores asociados a este tipo de tecnología tienen poco sustento científico; además, con el rápido crecimiento de las ciencias genómicas y el surgimiento de las técnicas modernas de edición genética está claro que la biotecnología moderna seguirá afianzándose como una de las principales armas para salvar el planeta.    

Referencias

• Liu, L., Bilal, M., Duan, X., & Iqbal, H. M. (2019). Mitigation of environmental pollution by genetically engineered bacteria — Current challenges and future perspectives. Science of The Total Environment, 667, 444-454. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.02.390

• Pant, G., Garlapati, D., Agrawal, U., Prasuna, R. G., Mathimani, T., & Pugazhendhi, A. (2021). Biological approaches practised using genetically engineered microbes for a sustainable environment: A review. Journal of Hazardous Materials, 405, 124631. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124631.

• Rebello, S., Nathan, V. K., Sindhu, R., Binod, P., Awasthi, M. K., & Pandey, A. (2021). Bioengineered microbes for soil health restoration: Present status and future. Bioengineered, 12(2), 12839-12853. https://doi.org/10.1080/21655979.2021.2004645

Fotografía: Trabajo de CSIRO via Wikimedia Commons, bajo la licencia CC 3.0