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MECANISMOS DE REMOCION DE METALES POR MICROOGANISMOS1MICROORGANISMOSTOLERANTESSon indiferentes a la presencia o ausencia del metal.

RESISTENTES Se caracterizan por poseer mecanismos de detoxificacin codificados genticamente, inducidos por la presencia del metal.Ambos son de inters como captores de metales en sitios contaminados, ya que, tanto los resistentes como los tolerantes pueden extraer los contaminantes.Biorremediacin de metales pesados En este caso, el mecanismo bioqumicomicrobiano o vegetal, no es la degradacin del tomo contaminante, sino que se produce un cambio en el estado de oxidacin del metal para su detoxificacin.3La remediacin de sitios contaminados con metales o metaloides se limita a la alteracin de su solubilidad, movilidad y/o toxicidad, bsicamente a travs de cambios en su estado de valencia, favoreciendo su inmovilizacin (quelacin) y/o movilizacin (disolucin). De esta manera, es posible favorecer la remocin o concentracin de los metales para su posterior extraccin.Stephen y Macnaughton 1999, Bosecker 2001Lovley y Coates 1997, Gadd 2000, Barkay y Schaefer 2001Un cambio en el estado de oxidacin permite seguir varias estrategias de biorremediacin: a) El metal se vuelve menos soluble y precipita lo que hace que sea menos utilizado por los organismos del ambiente.b) Hace que se vuelva por el contrario ms soluble por lo que puede ser removido por permeabilidad. c) Permite que pueda haber una volatilizacin del tomo. d) Hacerlo en s menos txico para los organismos del medio.5

BIOLIXIVIACION INMOVILIZACINProcesos que contribuyen a la captacin microbiana

Gadd y White, 1993.MOVILIZACIN DE LOS METALES PESADOS

Paso de un estado insoluble inicial (metales asociados a suelos, sulfuros u xidos metlicos, por ejemplo) correspondiente a una fase slida, a un estado soluble final, en fase acuosa.Biolixiviacin Recuperacin de metales a partir de materiales slidos contaminados como suelos, cenizas resultantes de quema de desechos, sedimentos acuticos, etc.

8BIOLIXIVIACION Algunos hongos como Trichoderma harzianum pueden solubilizar MnO2, Fe2O3 y Zn metlico mediante la liberacin de agentes quelantes.

Ralstonia eutropha (Alcaligenes eutrophus) es una bacteria capaz de acumular metales pesados, previa solubilizacin de los mismos mediante la liberacin de siderforos.

Otro caso interesante resulta la utilizacin de una combinacin de la solubilizacin microbiana del Pb de la piromorfita, Pb5(PO4)3Cl, mediada por el hongo Aspergillus niger junto con fitorremediacin, 9

INMOVILIZACIN DE METALES PESADOSEl paso de un estado soluble inicial en fase acuosa a uno insoluble final en fase slida.

La resistencia o tolerancia experimentada por microorganismos es posible gracias a la accin de diferentes mecanismos. Estos fenmenos son: Biosorcin,

Bioacumulacin,

Biomineralizacin,

Biotransformacin y Quimiosorcin mediada por microorganismos.10

MECANISMOS DE INTERACCION ENTRE METALES PESADOS Y MICROORGANISMOS11MECANISMOS DE INTERACCIONBiosorcinEJEMPLOInteraccin fsicoqumica del metal con ligandos pertenecientes a la superficie celular. Esta interaccin se produce con grupos funcionales expuestos hacia el exterior celular pertenecientes a partes de molculas componentes de las paredes celulares, como por ejemplo carboxilo, amino, hidroxilo, Fosfato, sulfhidrilo.cadmio, cromo, plomo, nquel, zinc y cobre12MECANISMOS DE INTERACCIONBioacumulacinEJEMPLOInvolucra un sistema de transporte de membrana que internaliza al metal pesado presente en el entorno celular con gasto de energa. Este consumo energtico se genera a travs del sistema H+-ATPasa al citoplasma, ste es secuestrado por la presencia de protenas ricas en grupos sulfhidrilos llamadas metalotionenas o tambin puede ser compartimentalizado dentro de una vacuola, como ocurre en hongos.uranio por la bacteria Pseudomonas aeruginosaSaccaromyces cerevisiae13MECANISMOS DE INTERACCION BiomineralizacinEJEMPLOPrecipitacin de metales carbonatos e hidrxidos mediante un mecanismo de resistencia codificado en plsmidos. Este mecanismo aparece por el funcionamiento de una bomba que expulsa el metal txico presente en el citoplasma hacia el exterior celular en contracorriente a un flujo de H+ hacia el interior celular. Otra forma de precipitar los metales es a travs de la formacin de sulfuros o fosfatos, como resultado de alguna actividad enzimtica celular.Sulfuros metlicos en reactores con cultivos mixtos de bacterias reductoras de sulfato o la acumulacin de CdS en la pared celular de las bacterias Klebsiella planticola y Pseudomonas aeruginosa14MECANISMOS DE INTERACCION BiotransformacinEJEMPLOInvolucra un cambio qumico sobre el metal pesado, tal como un cambio en el estado de oxidacin o una metilacin, mediada por enzimas microbianas con la formacin de compuestos poco solubles en agua o de compuestos voltiles.El ciclo del Hg en la naturaleza, donde la bacteria Pseudomonas aeruginosa puede reducir el catin Hg2+ a Hg0, y otros organismos pueden luego metilarlo dando como producto el CH3Hg+ y (CH3)2Hg, que son voltiles y an ms txicos que el propio Hg.El paso a Cr(III) produce la inmovilizacin por precipitacin de hidrxidos y la disminucin en la mutagenicidad. La utilizacin de microorganismos resitentes a Cr con capacidad de bioconversin Cr(VI) en Cr(III) es de fundamental importancia en el tratamiento biolgico de efluentes industriales.15MECANISMOS DE INTERACCION Quimiosorcin mediada por microorganismosEJEMPLOLos microorganismos biomineralizan un metal, formando un depsito primario. Este depsito primario funciona como ncleo de cristalizacin, con la subsecuente deposicin del metal de inters, promoviendo y acelerando as el mecanismo de mineralizacin. Un ejemplo de este proceso es el agregado de Fe en un efluente a tratar, en presencia de bacterias reductoras del sulfato. Estos microorganismos producen sulfuros que precipitan en forma de FeS, sobre la superficie celular. Los otros metales contaminantes utilizan el FeS formado como soporte y cristalizan sobre sus cristales. Luego, aprovechando las propiedades magnticas del Fe, pueden separarse fcilmente de la fase soluble, decontaminando as el material.16

Ambos, procariticos o eucariticos, utilizan especies de metales para funciones estructurales y/o catalticas, y tienen capacidad para unirse a iones metlicos presentes en el exterior de la superficie celular o para transportarlos hacia dentro de la clula para diversas funciones intracelulares. Por ejemplo, el V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo y el Se en bajas concentraciones, pueden participar en funciones catalticas. Algunos procariotes pueden utilizar, durante su metabolismo, especies de metales que pueden existir con diferentes valencias, como el Cr, Mn, Fe, Co, Cu, As y Se, ya que estos funcionan como aceptores o donadores de electrones. Es decir, esta serie de mecanismos para la modificacin de metales, pueden existir a diferentes niveles de interaccin microorganismo-metal. (Ehrlich 1997).Interacciones metablicas-enzimticas1. Captacin de metales traza para su incorporacin a metalo-enzimas o su utilizacin en la activacin de enzimas. Ocurre en todos los microorganismos, los metales deben estar en forma inica.2. Utilizacin de metales o metaloides como donadores o aceptores de electrones en el metabolismo energtico (deben satisfacer las demandas energticas del organismo) Ocurre en eubacterias y arqueobacterias, su utilizacin por eucariotes no se conoce.3. Detoxificacin enzimtica de especies metlicas txicas. Las especies txicas son convertidas a formas con menor o nula toxicidad por oxidacin o reduccin enzimtica.4. Biocorrosin enzimtica anaerobia. La superficie del metal es colonizada por bio-pelculas formadas por diferentes tipos de bacterias, algunos de cuyos productos metablicos pueden ser corrosivos. Interacciones metablicas-no enzimticas1. Los microorganismos eucariticos y procariticos (vivos o muertos) tienen la capacidad de acumular metales a travs de su unin como cationes a la superficie celular en un proceso pasivo.2. Algunos hongos y bacterias pueden promover la lixiviacin selectiva y no selectiva (bioloxiviacin) de uno o ms constituyentes metlicos de minerales, junto con otros productos metablicos.3. Ciertos microorganismos excretan productos metablicos inorgnicos (sulfuros, carbonatos, fosfatos) en su metabolismo respiratorio y as precipitar iones de metales txicos.