Biorremediación

A **biorremediación** refírese en senso amplo a calquera proceso no que se emprega un sistema biolóxico (normalmente bacterias, microalgas, fungos no caso da micorremediación e plantas no caso da fitorremediación), vivo ou morto, para eliminar contaminantes ambientais do aire, auga, solo, fume de chemineas, efluentes industriais etc., en situacións naturais ou artificiais. A capacidade natural dos organismos para adsorber, acumular e degradar os contaminantes comúns ou novos motivou o uso de recursos biolóxicos no tratamento do ambiente contaminado.

Aínda que os contaminantes orgánicos son susceptibles á biodegradación, os metais pesados non se poden degradar, senón que deben ser oxidados ou reducidos. As biorremediacións típicas supoñen oxidacións. As oxidacións potencian a hidrosolubilidade dos compostos orgánicos e a súa susceptibilidade a unha maior degradación por unha ulterior oxidación e hidrólise. Finalmente, a biodegradación converte hidrocarburos en dióxido de carbono e auga. O principal desafío para as biorremediacións é a velocidade: os procesos son lentos. En ambas as estratexias engádense nutientes adicionais, vitaminas, minerais, e tampóns de pH para potenciar o crecemento e o metabolismo dos microorganismos. Nalgúns casos, engádense cultivos microbianos especializados (bioestimulación). Algúns exemplos de tecnoloxías relacionadas coa biorremediación son a fitorremediación, o *bioventing*, a bioatenuación, o *biosparging*, a compostaxe (biopías e biopías en ringleiras), e o *landfarming*. Outras técnicas de remediación inclúen a desorción térmica, a vitrificación, o *air stripping* (extracción co correntes de aire), a biolixviación, a rizofiltración, e o lavado de solos. O tratamento biolóxico ou biorremediación, é unha estratexia similar usada para tratar o lixo, incluíndo augas residuais, residuos industriais e residuos sólidos. O obxectivo final da biorremediación é eliminar compostos nocivos para mellorar a calidade do solo e da auga.

## Técnicas in situ 
[miniatura|Representación visual da biorremediación in situ. Este proceso implica a adición do oxíxeno, nutrientes, ou microbios en solos contaminados para eliminar contaminantes tóxicos. A adición de oxíxeno elimina contaminantes ao producir [dióxido de carbono e auga. O *bioventing* é unha biorremediación aeróbica que é a forma máis común dos procesos de biorremediación oxidativa nos que o oxíxeno se proporciona como un aceptor de electróns para a oxidación do petróleo, hidrocarburos poliaromáticos (PAHs), fenois e outros contaminantes reducidos. O oxíxeno é xeralmente o aceptor de electróns preferido debido ao rendemento de enerxía máis alto e porque o oxíxeno cómpre para o funcionamento dalgúns sistemas de encimas para iniciar o proceso de degradación. Os microorganismos poden degradar unha ampla variedade de hidrocarburos, como os compoñentes da gasolina, queroseno, gasóleo (diésel), e combustible para avións a reacción. En condicións aeróbicas ideais, as velocidades de biodegradación de compostos alifáticos de peso molecular baixo ou moderado, alicíclicos, e aromáticos poden ser moi altas. A medida que aumenta o peso molecular do composto, increméntase simultaneamente a resistencia á biodegradación. Nas dúas estratexias, poden engadirse nutrientes adicionais, vitaminas, minerais e tampóns de pH para optimizar as condicións para o crecemento dos microorganismos. Nalgúns casos, engádense cultivos microbianos especializados (bioaumento) para aumentar máis a biodegradación.

As estratexias para a adición de oxíxeno baixo o nivel freático poden consistir en facer recircular auga aireada a través da zona de tratamento, a adición de oxíxeno puro ou peróxido, e o *air sparging* (~salferido de aire). Neste sitio, os microorganismos degradan o composto carcinóxeno tricloroetileno (TCE), que é un proceso observado xa en estudos previos.

As bacterias poden usarse en principio para degradar hidrocarburos. No caso concreto de verteduras de petróleo no mar, o nitróxeno e o fósforo foron nutrientes clave na biodegradación. A biorremediación de hidrocarburos ten o inconveniente de ser moi lenta.

A biorremediación pode supoñer a actuación dun consorcio microbiano. Dentro do consorcio, o produto xerado por unha especie podería ser o substrato para outra especie.

A biorremediación anaerobia pode teoricamente empregarse para tratar diversos contaminantes oxidantes como os etilenos clorados (tetracloroetileno, tricloroetileno, dicloroeteno, cloruro de vinilo), etanos clorados (tricloroetano, dicloroetano), clorometanos (tetracloruro de carbono, cloroformo), hidrocarburos cíclicos clorados, varios enerxéticos (como o perclorato, RDX, TNT), e nitrato. Os produtos de liberación lenta compostos de aceites comestibles ou substratos sólidos tenden a permanecer no lugar durante un amplo período de tratamento. Os substratos solubles ou produtos da fermentación solubles de substratos de liberación lenta poderían migrar por advección e difusión, proporcionando zonas de tratamento máis amplas pero de vida máis curta. Os substratos orgánicos engadidos son primeiro fermentados a hidróxeno (H2) e ácidos graxos volátiles. Os ácidos graxos volátiles, como o acetato, lactato, propionato e butirato, proporcionan carbono e enerxía para o metabolismo bacteriano. Aínda que na bioatenuación non hai unha intervención antropoxénica, o sitio debe ser monitorizado.

Entre os primeiros grupos ou institucións que adoptaron a biorremediación de baixo custo están UNICEF, produtores de enerxía, subministradores de auga, e gobernos locais, que utilizaron tabletas de bacterias aeróbicas que simplemente se botaban na auga.

## Técnicas ex situ 
### Biopías 
As biopías, de xeito similar ao *bioventing*, úsanse para eliminar contaminantes do petróleo introducindo microorganismos aerobios en solos contaminados ou usando os que xa existen no solo. Neste caso, o solo é escavado e despois amontoado formando pías ou moreas cun sistema de aireación. Este sistema de aireación potencia a actividade microbiana ao introducir oxíxeno con presión positiva ou eliminar oxíxeno con presión negativa.

### Biopías en ringleiras (*windrows*) 
[miniatura|A antiga [refinaría de petróleo|refinaría Shell Haven en Standford-le-Hope, na que se aplicou biorremediación para minimizar a contaminación por petróleo do sitio. Utilizáronse técnicas de biorremediación, como as biopías en ringleiras (*windrows*), para promover a transferencia de oxíxeno. A refinaría escavou uns 115.000&nbsp;m3 de solo contaminado. Esta acción periódica de darlle a volta ao solo (poñer arriba a parte que estaba abaixo) permite que os contaminantes presentes nel se distribúan uniformemente, o cal acelera o proceso de biorremediación.

### Tratamento do terreo (*landfarming*) 
O tratamento do terreo coñecido como *landfarming* é un método comunmente usado para vertidos de  lodos de residuos, solos ou sedimentos contaminados. Este método dispersa o solo contaminado e airéao volteándoo ciclicamente, o que potencia a degradación microbiana. Os lodos contaminantes poden ser transportados a un lugar onde se realizará o tratamento, mesturándoos alí co solo e iniciando o procedemento. Este proceso tamén pode realizarse sobre o propio solo que foi contaminado, pero os solos contaminados tratados deben ser pouco profundos para que se poida estimular a actividade microbiana. Porén, se a contaminación chega a zonas máis profundas de 1,5 metros, deberá escavarse o solo e traelo á superficie. Aínda que é unha técnica ex situ, pode ser considerada tamén unha técnica in situ, xa que este tipo de tratamento pode realizarse no mesmo sitio onde se produciu a contaminación.

## In situ fronte a ex situ 
As técnicas ex situ adoitan ser máis caras debido aos custos de escavación e transporte ao lugar de tratamento, mentres que as técnicas in situ realízanse no sitio onde se produciu a contaminación, de tal xeito que só teñen custos de instalación. Aínda que hai menos custo hai tamén menor capacidade de determinar a escala e a extensión do contaminante. Os contaminantes son os que finalmente determinan que método de biorremediación se debe usar. A profundidade e extensión do contaminante son outros factores importantes.

## Metais pesados 
Os metais pesados son introducidos no medio ambiente tanto por actividades antropoxénicas coma por factores naturais. Os metais pesados debido a estes factores están presentes predominantemente en corpos de auga debido á escorredura superficial e son captados pola fauna e flora mariña. Poden usarse microorganismo para rebaixar a toxicidade e mobilidade do cromo reducindo o cromo hexavalente, Cr(VI) a trivalente Cr(III). A redución das especies máis móbiles do U(VI) produce derivados U(IV) menos móbiles. Os microorganismos usados neste proceso debido á taxa de redución destes metais adoita ser lento en ausencia de interaccións microbianas Están realizándose investigacións para desenvolver métodos para eliminar metais da auga aumentando a sorción do metal nas paredes das  células. cromo, e chumbo. Tamén se exploraron bacterias modificadas xeneticamente para usalas no secuestro do arsénico. Os procesos de fitoextracción concentran os contaminantes na biomasa para a súa posterior eliminación.

As extraccións de metais poden en principio realizarse in situ ou ex situ, aínda que se prefire in situ porque é menos caro escavar o substrato.

A biorremediación non é específica para os metais. En 2010 houbo unha vertedura masiva de petróleo no Golfo de México. Utilizáronse poboacións de bacterias e arqueas para rexuvenecer a costa despois da vertedura de petróleo. Estes microorganismos co tempo desenvolven redes metabólicas que poden utilizar hidrocarburos como os do petróleo como fonte de carbono e enerxía. A biorremediación microbiana é unha técnica moderna moi efectiva para restaurar sistemas naturais eliminando toxinas do ambiente.

## Pesticidas 
Dos moitos xeitos que hai de tratar a contaminación por pesticidas, a biorremediación promete ser a máis efectiva. Moitos sitios en todos o mundo están contaminados con agroquímicos.  Estes agroquímicos moitas veces son resistentes á biodegradación, debido ao seu deseño. Isto prexudica a todos os seres vivos con problemas de saúde como cancro, irritacións da pel, cegueira, parálise e doenzas mentais.. A exposición a longo prazo supón unha grave ameaza para as persoas e o ecosistema circundante. O lindano reduce as bacterias beneficiosas do solo, como as cianobacterias fixadoras de nitróxeno. Tamén causa problemas no sistema nervioso central en mamíferos máis pequenos, como convulsións, atordoamento e mesmo a morte. O que o fai tan daniño para ditos organismos é a rapidez con que se distribúe polo cerebro e tecidos graxos. Se ben posteriormente o lindano quedou limitado fundamentalmente a usos específicos, aínda se produce e usa en moitas partes do mundo.

As actinobacterias son candidatos prometedores para usalas en técnicas in situ para eliminar pesticidas. Cando se agrupan certas cepas de actinobacterias, a súa eficiencia na degradación de pesticidas aumenta. Tamén é unha técnica reutilizable que se reforza por medio do uso continuado ao limitar o espazo de migración destas células para actuaren en áreas específicas e non esgota totalmente a súa capacidade de limpeza. Malia os resultados alentadores obtidos, as actinobacterias só se utilizaron en situacións de laboratorio controladas e cómpre un maior desenvolvemento para atopar a rendibilidade e escalabilidade do seu uso.

## Limitacións da biorremediación 
A biorremediación pode utilizarse para mineralizar contaminantes orgánicos, para transformar parcialmente os contaminantes ou para alterar a súa mobilidade. Os metais pesados e os radionúclidos xeralmente non poden ser biodegradados, pero poden ser biotransformados a formas menos móbiles. Nalgúns casos, os microbios non mineralizan completamente o contaminante, podendo producir un composto máis tóxico. As vías moleculares para a biorremediación son de considerable interese.

Para a biodegradación cómpre que exista unha poboación microbiana coa capacidade metabólica de degradar o contaminante.

Outra importante desvantaxe é atopar a especie máis axeitada para realizar a biorremediación. Para impedir a introdución e espallamento de especies invasoras no ecosistema, necesítase unha especie nativa do lugar. Ademais ten que ser unha especie suficientemente abundante para limpar o sitio sen esgotar a poboación. Finalmente, a especie debería ser resistente dabondo como para soportar as condicións ambientais. Estes criterios específicos poden facer difícil realizar a biorremediación dun sitio contaminado. 

En industrias agrícolas o uso de pesticidas é un factor da máxima importancia para a contaminación directa do solo e a contaminación por escorredura superficial de auga. A limitación da remediación de pesticidas é a baixa biodispoñibilidade. Alterar o pH e a temperatura do solo contaminado é unha medida para incrementar a biodispoñibilidade, o cal á súa vez incrementa a degradación de compostos nocivos.

Dado que as experiencias con contaminantes nocivos son limitadas, son necesarias prácticas de laboratorio para avaliar a efectividade, deseños de tratamento e tempos de tratamento estimados.

## Enxeñaría xenética 
O uso da enxeñaría xenética para crear organismos deseñados especificamente para a biorremediación está en fase de investigación preliminar. Poden inserirse dúas clases de xenes no organismo: xenes degradativos, que codifican proteínas necesarias para a degradación de contaminantes, e xenes reporteiros, que codifican proteínas capaces de monitorizar os niveis de contaminación. Modificáronse numerosos membros do xénero *Pseudomonas* co xene *lux* para a detección do hidrocarburo poliaromático naftaleno. Un test de campo da liberación do organismo modificado tivo éxito a escala moderadamente grande.

Hai certa preocupación sobre a liberación e contención dos organismos modificados xeneticamente no medio ambiente debido a posibles transferencias horizontais de xenes. Os organismo modificados xeneticamente están controlados nalgúns países; por exemplo, nos Estados Unidos de América clasifícanse e contrólanse segundo a Lei de Control de Substancias Tóxicas de 1976 pola Axencia de Protección Ambiental dos Estados Unidos. Establecéronse medidas para afrontar estes posibles problemas. Os organismos poden ser modificados de tal xeito que só poidan sobrevivir e crecer nun conxunto específico de condicións ambientais.

Creáronse organismos modificados xeneticamente para tratar verteduras de petróleo e para degradar certos plásticos (PET).

## Manufactura aditiva 
As tecnoloxías de manufactura aditiva como a bioimpresión ofrecen beneficios distintivos que poden ser aproveitados en biorremediación para desenvolver estruturas con características deseñadas a medida para sistemas biolóxicos e as necesidades de limpeza medioambiental, e aínda que a adopción desta tecnoloxía en biorremediación está nas súas etapas máis iniciais, esta área está experimentando un enorme crecemento.

## Notas 
## Véxase tamén 
### Outros artigos 
* Biorremediación de residuos radioactivos
* Biosurfactante
* Quelación
* Oxidación química in situ
* Redución química in situ
* Biodegradación microbiana
* Micorremediación
* Biorremediación micorrízica
* Titorremediación
* *Pseudomonas putida* (usada para degradar petróleo)
* Ecoloxía de restauración
* Xenocatabolismo

### Ligazóns externas 
* Phytoremediation, hosted by the Missouri Botanical Garden
* To remediate or to not remediate?
* Anaerobic Bioremediation