Bacterias benéficas frente a la contaminación por metales pesados

Jaqueline de Jesús Jiménez Jiménez y Randy Ortiz Castro

Red de Estudios Moleculares Avanzados

La contaminación por metales pesados originada en gran medida de las actividades antropogénicas como la industria, agricultura y desechos domésticos han derivado en daños tóxicos al medio ambiente y salud de las personas.

En la búsqueda de soluciones sustentables para contrarrestar los daños tóxicos por metales pesados como el cromo, se han dirigido estrategias hacia la búsqueda e identificación de microorganismos como las bacterias por su capacidad de tolerar y metabolizar estos contaminantes, brindando una protección a las plantas generando soluciones sustentables frente a las alternativas convencionales en la restauración del medio ambiente.     

La contaminación por metales pesados es uno de los principales problemas que ha ido en aumento por el incremento de las actividades antropogénicas como la industria principalmente, la agricultura y las actividades domésticas originando efectos tóxicos en los suelos agrícolas y mantos acuíferos. Se han descrito a los metales pesados como sustancias pertenecientes a los metales o metaloides tales como el plomo (Pb), cadmio (Cd) y cromo (Cr). La acumulación de estos contaminantes en el ambiente y/o los organismos ocasionan efectos tóxicos y pueden originar diferentes afectaciones en el crecimiento de las plantas, animales y humanos (Figura1). 

Fig 1. Efectos de la contaminación por metales pesados en ambiente y ser humano. Imagen creada en BioRender.com. Crédito: Jaqueline J. Jiménez-Jiménez & Randy Ortiz-Castro

La contaminación por cromo (Cr) derivado de las actividades como la industria curtidora, química de pigmentos, fotográfica y metalúrgica ha sido de gran preocupación por su capacidad de originar enfermedades respiratorias y cáncer. Diversas estrategias han sido utilizadas en la contaminación por metales pesados como estrategias físicas, químicas y biológicas. Dentro de las estrategias biológicas el uso de microorganismos como las bacterias ha destacado por su capacidad de estas en la biorremediación frente a la toxicidad por el cromo. Entendiendo a la biorremediación como cualquier proceso biotecnológico que utiliza microorganismos como bacterias y hongos, plantas o enzimas derivadas de estos en la restauración de un medio ambiente contaminado y devolverlo a su condición natural. Algunos estudios han mostrado que ciertas bacterias del género Aeromonas, Pseudomonas, Bacillus, Stenotrophomonas entre otros muestran resistencia a los efectos tóxicos del cromo ya que son capaces de metabolizarlo y hacerlo menos tóxico al medio ambiente¹.   

Fig 2. Papel de las rizobacterias benéficas en el crecimiento vegetal de la planta. Imagen creada en BioRender.com. Crédito: Jaqueline J. Jiménez-Jiménez & Randy Ortiz-Castro

Estudios han mostrado que cantidades elevadas de cromo en las plantas ocasiona efectos negativos en la germinación, crecimiento de la raíz y follaje, originando un amarillamiento o marchillamiento de las plantas resultado de una carencia de hierro alterando la nutrición vegetal en las plantas². 

En la búsqueda de soluciones sustentables el uso de microorganismos benéficos como bacterias asociadas a las plantas, se ha descrito que las bacterias promotoras del crecimiento vegetal en el crecimiento o PGPRs, tienen un papel importante en la nutrición, crecimiento y defensa de las plantas contra otros microorganismos o plagas que afectan a las plantas (Figura 2). En un presente estudio se identificaron bacterias endófitas y/o rizosféricas aisladas del cultivo de maíz por su capacidad en la promoción del crecimiento vegetal y su potencial actividad protectora frente a los efectos tóxicos por el metal pesado cromo (Cr). Plantas de Arabidopsis thaliana, una planta modelo de estudio, fueron crecidas en condiciones in vitro en medios de crecimiento adicionados sin o con cromo (Cr) o en interacción con una bacteria endófita aislada del maíz encontrando que las plantas en presencia de la bacteria restauraban los efectos tóxicos del Cr en la planta (Figura 3). Estos resultados nos muestran el potencial biotecnológico de aislados bacterianos en la biorremediación de suelos contaminados por cromo como una estrategia sustentable con el ambiente.

Fig 3. Bacterias benéficas aisladas del maíz restauran el crecimiento vegetal frente a los efectos tóxicos por contaminación con cromo. Plantas de Arabidopsis thaliana son crecidas en medios en condiciones in vitro sin o con cromo y/o cultivadas con una bacteria aislada del cultivo del maíz. Crédito: Jaqueline J. Jiménez-Jiménez & Randy Ortiz-Castro.

Referencias

• ¹Pushkar B, Sevak P, Parab S, Nilkanth N(2021) Chromium pollution and its bioremediation mechanisms in bacteria: A review. Journal of Environmental Management 287:112279

• ²Ortiz-Castro R, Martínez-Trujillo M, López-Bucio J, Cervantes C (2007) Effects of dichromate on growth and root system architecture of Arabidopsis thaliana seedlings. Plant Science 172:684-691.

 "La opinión es responsabilidad de los autores y no representa una postura institucional” 

Slider: Actividad minera fuente de contaminación de metales pesados. Crédito: Imagen obtenida de pixabay.com