Búsqueda Y Consecución Búsqueda Y Consecución De Una Herramienta Útil De Una Herramienta Útil

En FitorremediaciónEn Fitorremediación

Acto I: la reunión de Acto I: la reunión de esfuerzos.esfuerzos.

ParticipantesParticipantes

BúsquedaBúsqueda

Acto II: El trabajo de Acto II: El trabajo de campocampo

El comienzoEl comienzo

•• Desembarco de todos los grupos, en los Desembarco de todos los grupos, en los antiguos terrenos de la Empresa Cross.antiguos terrenos de la Empresa Cross.

El verdadero descubrimientoEl verdadero descubrimiento

•• Nicotiana glaucaNicotiana glauca, la especie mágica. Posee unas , la especie mágica. Posee unas características extraordinarias.características extraordinarias.

BúsquedaBúsqueda

Acto III: el estudio, la Acto III: el estudio, la selección, el análisis, ...la selección, el análisis, ...la

confirmaciónconfirmación

• Sistema radicular profundo.

• Gran biomasa.

• Fácil propagación.

• También propagación por esquejes.

• Bajas necesidades hídricas.

• Buena resistencia a salinidad.

• Contiene sustancias repelentes de insectos.

• Fácil manipulación en laboratorio.

Nicotiana glauca

Características De La Planta Seleccionada.

ConsecuciónConsecución

Acto IV: El aporte de la Acto IV: El aporte de la Biología Molecular y la Biología Molecular y la

BiotecnologíaBiotecnología

La Biotecnología y los aspectos científicos La Biotecnología y los aspectos científicos de la fitorremediación. de la fitorremediación.

•• ¿qué es la fitorremediación?¿qué es la fitorremediación?•• ¿Cuales son los aspectos ¿Cuales son los aspectos

fundamentales de esta disciplina?. fundamentales de esta disciplina?. •• ¿Qué abordaje biotecnológico se ¿Qué abordaje biotecnológico se

debería hacer o se ha hecho para debería hacer o se ha hecho para afrontar el problema científico?.afrontar el problema científico?.

Procesos Químicos Que Intervienen En La Fitoextracción

TOLERANCIA

ACUMULACIÓN

•QUELACIÓN.

• COMPARTIMENTALIZACIÓN.

•BIOTRANSFORMACIÓN.

• MECANISMOS DE REPARACIÓN CELULAR.

Secuestro de iones metálicos con ligandos peptídicos.

Mecanismo por el que el complejo quelante/ión metálico atraviesa el tonoplasto vía antiportadoresquedando retenido en el interior de la vacuola.Conjunto de reacciones químicas de descomposición, conjugación o síntesis de los xenobióticos presentes en el organismo que se producen gracias a la acción catalizadora de los enzimas

Conjunto de procesos que se activan como respuesta a los fenómenos de deterioro celular para reestablecer las características iniciales de la célula

La biotecnología de la FitorremediaciónLa biotecnología de la Fitorremediación

¿Qué gen debía escogerse?¿Qué gen debía escogerse?

El GSH es un inhibidor de su propia síntesis, por tanto en principio se puede conseguir una mayor síntesis de PCs sobrexpresando PCS que γ-ECs o GS, que era lo que se había hecho hasta entonces.

TaPCS1Síntesis de las fitoquelatinas

Resultados de tolerancia a Pb en plántulasResultados de tolerancia a Pb en plántulas

•• Primer impacto. Las plantas modificadas son más tolerantes a Primer impacto. Las plantas modificadas son más tolerantes a Pb. Pb.

•• El gen había sido estudiado para tolerancia y acumulación de El gen había sido estudiado para tolerancia y acumulación de CdCd..

Resultados de tolerancia a Cd en plántulasResultados de tolerancia a Cd en plántulas

•• Los OMGs también poseen una mayor tolerancia a Cd. Los OMGs también poseen una mayor tolerancia a Cd. Este resultado era en principio esperable.Este resultado era en principio esperable.

Consecución...Consecución...

Acto V: La confirmación Acto V: La confirmación preliminar en plántulas.preliminar en plántulas.

Búsqueda de resultados efectivos: se Búsqueda de resultados efectivos: se trabajó con suelos de la Unión (Murcia).trabajó con suelos de la Unión (Murcia).

Resultados de acumulación para plántulas Resultados de acumulación para plántulas

crecidas en los suelos mineroscrecidas en los suelos mineros..

•• La acumulación se duplica por acción del gen.La acumulación se duplica por acción del gen.•• La acumulación de Pb en tejido aéreo es importante.La acumulación de Pb en tejido aéreo es importante.

1572

41 62

537

980

0200400600800

10001200140016001800

[Pb] ppm

soil wt aerial GMO aerial wt root GMO root

roots

aerial

Incremento de la acumulación de Pb debido Incremento de la acumulación de Pb debido a a TaPCS1TaPCS1 en los distintos tejidos.en los distintos tejidos.

•• Un 200% en raíces y un 50% en parte aérea.Un 200% en raíces y un 50% en parte aérea.

Acumulación de otros metales (Cu) Acumulación de otros metales (Cu) presentes en el suelo.presentes en el suelo.

•• A destacar la elevada acumulación de Cu respecto a la A destacar la elevada acumulación de Cu respecto a la concentración en el suelo (8x).concentración en el suelo (8x).

4291 78

243

347

050

100150200250300350400

[Cu] ppm

soil wt aerial GMO aerial wt root GMO root

roots

soil

aerial

La [Zn] interna es la mayor en términos La [Zn] interna es la mayor en términos absolutos. absolutos.

•• Índice de extracción +. La [Zn] en raíz es muy elevada. Índice de extracción +. La [Zn] en raíz es muy elevada.

2,60

1,20 1,16

2,45

4,50

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

[Zn] in Thousands ppm

soil wt aerial GMO aerial wt root GMO root

aerial

roots

•• Las concentraciones foliares de Zn sobre 30 ppm se Las concentraciones foliares de Zn sobre 30 ppm se consideran adecuadas, consideran adecuadas, 300300––500 ppm se 500 ppm se consideranconsiderantóxicastóxicas. .

Buen aspecto en cultivo exterior. Buen aspecto en cultivo exterior.

•• Necesario para que la fitorremediación pueda Necesario para que la fitorremediación pueda producirse de forma práctica y competitiva.producirse de forma práctica y competitiva.

Consecución...Consecución...

Acto VI: La confirmación.Acto VI: La confirmación.

Crecimiento de los OMGs que portan Crecimiento de los OMGs que portan TaPCS1TaPCS1 durante 6 meses durante 6 meses

para producir plantas adultas.para producir plantas adultas.

•• ¿Cuál es la acumulación en plantas adultas?¿Cuál es la acumulación en plantas adultas?•• Suelos mineros (La unión) con grandes cantidades de Suelos mineros (La unión) con grandes cantidades de

metales por separado. metales por separado.

Características De Los Suelos Seleccionados

Suelo M15Suelo M15 Suelo M3Suelo M3 LLíímites de la mites de la UEUE

pHpH 7,867,86 6,766,76 66--77

EC (EC (dSdS mm--11)) 0,150,15 1,561,56 --

% C% C 4,44,4 1,181,18 --

% N% N 0,60,6 0,0730,073 --

Cu (ppm)Cu (ppm) 3535 322,37322,37 5050--140140

Zn (ppm)Zn (ppm) 18261826 4539,34539,3 150150--300300

Ni (ppm)Ni (ppm) 2727 32,2532,25 3030--7575

Cd (ppm)Cd (ppm) 0,30,3 59,8459,84 11--33

Cr (ppm)Cr (ppm) 3636 17,6917,69 1010--150150

Pb (ppm)Pb (ppm) 23452345 11426,1311426,13 5050--300300

•• Se buscan suelos que puedan servir para estudiar el Pb Se buscan suelos que puedan servir para estudiar el Pb y Cd por separado.y Cd por separado.

Thlaspi es un hiperacumuladora. En fitorremediación se toma como referencia máxima de acumulación de metales pesados en la naturaleza.

Aspecto vigoroso de los OMGs y planta silvestre.

Aparecen muestras de clorosis.

También se produce aunque en menor medida un También se produce aunque en menor medida un

amarilleamiento y posterior necrosado de las hojas.amarilleamiento y posterior necrosado de las hojas.

•• Este efecto es mucho mayor en las plantas silvestres Este efecto es mucho mayor en las plantas silvestres que en los OMGsque en los OMGs

Las plantas se recogen después de 6 Las plantas se recogen después de 6 meses.meses.

•• Obsérvese el Obsérvese el amarilleamiento en las amarilleamiento en las silvestres.silvestres.

•• Y la diferencia en Y la diferencia en biomasa.biomasa.

Altura de las plantas. Y no todo es perfecto. Altura de las plantas. Y no todo es perfecto. Problemas de Problemas de abcisiónabcisión..

•• Los tallos quedan desnudos en Los tallos quedan desnudos en los OMGs.los OMGs.

•• ¿Vuelve la contaminación al ¿Vuelve la contaminación al suelo?.suelo?.

•• En experiencias preliminares, En experiencias preliminares, no vuelve al suelo.no vuelve al suelo.

Consecución...Consecución...

Acto VII: la gran prueba. Acto VII: la gran prueba. Los datos de biomasa y Los datos de biomasa y

acumulación.acumulación.

Biomasa total y comprobación Biomasa total y comprobación TaPCS1TaPCS1

•• A: comparación pesos totales con A: comparación pesos totales con ThlaspiThlaspi (100x). B y C (100x). B y C muestran la comprobación de la inserción del gen muestran la comprobación de la inserción del gen TaPCS1TaPCS1 en en N glauca. N glauca. B es el B es el NorthernNorthern resultado de la resultado de la hibridación con hibridación con TaPCS1TaPCS1. C la carga del RNA.. C la carga del RNA.

A B

CC 1 2 3

CC 1 2 3

C

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

M0 M15 M 3

wt Tap1 2 Ta P17 Tap18 Thl aspi

Resultados de acumulación en los suelos (ppm), para Resultados de acumulación en los suelos (ppm), para plantas adultas. Comparación con cultivos plantas adultas. Comparación con cultivos

tradicionales y valores límite de la legislación.tradicionales y valores límite de la legislación.

* Promedio de acumulación en ppm de: tomate, lechuga, maíz, alafalfa, trigo, peras, soja, remolacha, guisantes, patatas, melones, cal abaza, avena, cebada, y hierba de pastoreo.

Metal/cultivos

frecuentes

cult más frec* M0 M15 M3 Máx

legis

B 7-75 300 220 325 200

Ni 0.01-1.0 35,5 28 50 75

Cu 3-40 400 325 450 140

Zn 15-150 1400 831 5000 300

Cd 0.05-0.2 4 12,5 40 3

Pb 0.1-5.0 80 140 1300 300

Metal/cultivos frecuentes

cult más frec M4 Máx legis

Cu 3-40 420 140

Zn 15-150 5600 300

Cd 0.05-0.2 3

Pb 0.1-5.0 1050 300

Plántulas

Consecución...Consecución...

Acto VIII: la utilidad en Acto VIII: la utilidad en fitorremediación.fitorremediación.

Metal Metal fitoextraidofitoextraido en 6 en 6 mesesmeses

Acumulación en mg totales/planta/Kg suelo. Valores aproximados.

Elemento M0 M15 M3 Total suelos

Total 12 plantas

B 150 110 162,5 422,5 5070Ni 17,75 14 25 56,75 681Cu 200 162,5 225 587,5 7050Zn 700 415,5 2500 3615,5 43386

Cd 2 6,25 20 28,25 339

Pb 40 70 650 760 9120

Pb antes Pb antes (ppm)(ppm)

Pb Pb después después (ppm)(ppm)

Cd antes Cd antes (ppm)(ppm)

Cd Cd después después (ppm)(ppm)

Suelo Suelo M15 M15 (Pb)(Pb)

2.3452.345 1.2041.204

Suelo Suelo M3 M3

(Pb y (Pb y Cd)Cd)

11.42611.426 3.0463.046 59,8459,84 24,1924,19

Determinación del Pb y Cd restante en

los suelos.

•• Importante descontaminación (con reservas).Importante descontaminación (con reservas).

EpílogoEpílogo

Acto IX: la verdad de los Acto IX: la verdad de los resultados.resultados.

ConclusionesConclusiones

•• Los OMGs acumulan más que Los OMGs acumulan más que ThlaspiThlaspi excepto en una condición de las excepto en una condición de las 18 posibles, en suelo M15 y para un metal (Zn): acumulan lo mism18 posibles, en suelo M15 y para un metal (Zn): acumulan lo mismo en o en planta total.planta total.

•• En suelos M3 (11426 de Pb, 60 de Cd, 4539 de Zn, 325 de Cu, etc.En suelos M3 (11426 de Pb, 60 de Cd, 4539 de Zn, 325 de Cu, etc., en , en ppm, ) ppm, ) ThlaspiThlaspi no es capaz de sobrevivir. Los OMGs producen cerca de no es capaz de sobrevivir. Los OMGs producen cerca de 0.5 Kg. de biomasa.0.5 Kg. de biomasa.

•• En suelos M15 (2345 de Pb, 1826 de Zn, etc.) los OMGs producen 1En suelos M15 (2345 de Pb, 1826 de Zn, etc.) los OMGs producen 100 00 veces más biomasa, llegando a más de 800 gr. en alguna línea.veces más biomasa, llegando a más de 800 gr. en alguna línea.

•• El hecho de que El hecho de que ThlaspiThlaspi no acumule las cantidades que puede llegar a no acumule las cantidades que puede llegar a acumular (hasta 30000 ppm de Zn) es debido a que cuando hay otroacumular (hasta 30000 ppm de Zn) es debido a que cuando hay otros s metales en el suelo como Cu o Pb su capacidad se ve limitada, pometales en el suelo como Cu o Pb su capacidad se ve limitada, por r tanto es una factor natural, que se va a encontrar con facilidadtanto es una factor natural, que se va a encontrar con facilidad en en ambientes contaminados.ambientes contaminados.

•• NicotianaNicotiana glaucaglauca se extiende por todo el mundo, se extiende por todo el mundo, ThlaspiThlaspi tiene tiene dificultades en ambientes concretos. Los experimentos aunque condificultades en ambientes concretos. Los experimentos aunque consuelos mineros fueron realizados en invernadero (aunque sin regasuelos mineros fueron realizados en invernadero (aunque sin regar con r con soluciones nutritivas), ello favorece el desarrollo de soluciones nutritivas), ello favorece el desarrollo de ThlaspiThlaspi..

•• La capacidad total de extracción de todos los metales y Boro es La capacidad total de extracción de todos los metales y Boro es de un de un 0.6 % del total del peso seco de la planta. Una hiperacumuladora0.6 % del total del peso seco de la planta. Una hiperacumuladora está está entre el 1 y 5%, aunque puede hacerlo sólo en parte aérea. Los Oentre el 1 y 5%, aunque puede hacerlo sólo en parte aérea. Los OMGs MGs en cierto modo son un 60% hiperacumuladores, y aceptan suelos coen cierto modo son un 60% hiperacumuladores, y aceptan suelos con n multitud de elementos contaminantes.multitud de elementos contaminantes.