Tecnologia basada en bacteris per degradar compostos tòxics de mercuri dels sediments marins

El projecte MER-CLUB, en què participa l’Institut de Ciències del Mar del CSIC a Barcelona, ​​busca desenvolupar una tecnologia basada en l'ús de bacteris marins per a la degradació d’un compost tòxic del mercuri per millorar la qualitat del medi marí. Una substància que s’acumula en els sediments marins i s’incorpora a la xarxa tròfica.

Primera reunió de MER-CLUB a AZTI, Sukarrieta. Fila superior d’esquerra a dreta: Anders Lanzen (AZTI), Ulrich Soltmann (GMBU), Stefan Bertilsson (SLU), Olga Sánchez (UAB), Silvia G. Acinas (ICM-CSIC), Andrea G. Bravo (ICM-CSIC), David Amoroux (UPPA) i Mónica Estupiñán (AZTI). Inferior, d’esq. a dre.: Ibon Lekue (AFESA Medio Ambiente S.A.), Laura Alonso-Sáez (AZTI), Eduardo Alzola (AFESA Medio Ambiente S.A.).Els sediments tenen un paper clau en els ecosistemes marins, ja que proporcionen nutrients que serveixen d’aliment per a espècies aquàtiques i recursos minerals que garanteixen la riquesa i diversitat biològica. No obstant això, la contaminació procedent d’efluents industrials i d’aigües residuals s’acumulen en aquests sediments, convertint-los en un repositori de contaminants. Fins l’aplicació de la llei d’abocaments en els anys 90, els sediments han acumulat grans quantitats de metalls, entre ells el mercuri.

Ara, un consorci internacional liderat per la Dra. Laura Alonso-Sáez des AZTI, i format per l’Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC, IP: Silvia G. Acinas), la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB, IP: Olga Sánchez), la Universitat Sueca de Ciències de l’Agricultura (SLO, IP: Stefan Bertilsson), la Universitat de Pau i dels Països de l’Adour (UPPA, IP: David Amoroux), l’Associació de Tecnologies Mèdiques, Bio- i Ambientals innovadores (GMBU, IP: Ulrich Soltmann) i l’empresa AFESA Medi Ambient (AFESA, IP: Eduardo Alzola), està desenvolupant el projecte d’investigació MER-CLUB per a la bioremediació d’aquests ecosistemes.

Reduir els nivells de mercuri acumulats en el medi marí

“L’objectiu de MER-CLUB és reduir els nivells de dues formes químiques del mercuri, el monometilmercuri (mmHg) i el mercuri divalent inorgànic (Hg2 +)”, diu Silvia G. Acinas (ICM-CSIC), una de les investigadores del projecte. La científica explica que la primera forma del mercuri “es bioacumula en els organismes i es biomagnifica en les cadenes tròfiques”, mentre que el mercuri divalent “s’acumula en menor mesura en els organismes, si bé és la forma química que predomina en aigües i sediments”.

La bioremediació és un procès biotecnològic per restaurar un entorn alterat per contaminants

La bioremediació és un procés biotecnològic en què s’utilitzen microorganismes per restaurar un entorn alterat per contaminants. MER-CLUB té com a objectiu principal el desenvolupament d’una solució biotecnològica que farà servir bacteris detoxificadoras per reduir la presència de mercuri en sediments marins.

“Ajustar un mètode químic per eliminar el mercuri lligat a cadascuna d’aquestes formes químiques és un procés llarg i costós”, explica Andrea G. Bravo, de l’ICM-CSIC. La investigadora afegeix que “l’eix central és descriure i utilitzar la diversitat funcional dels bacteris i comunitats bacterianes autòctones, que ja viuen en sediments contaminats, per aconseguir potenciar la seva activitat i eliminar simultàniament les formes químiques de mercuri”.

L'ús de bacteris marins per a la bioremediació

Placa de cultiu on han crescut bacteris procedents del sediment marí.En el projecte s’ha utilitzat una nova soca bacteriana, aïllada de l’oceà profund a més de 4.000 m de profunditat i associada taxonòmicament al gènere Alteromonas.

“Analitzarem el potencial d’aquesta soca i altres de noves soques, aïllades de sediments marins contaminats, amb l’objectiu de desenvolupar una tecnologia capaç de reduir entre un 50 i un 70% la quantitat de mercuri present en els sediments”, explica Laura Alonso Sáez (AZTI). “Com a fruit de la nostra investigació, disposem ja de diverses soques de Alteromonas d’origen marí i que tenen una gran capacitat per degradar mercuri”, prossegueix.

Els bacteris de la família Alteromonadaceae són cèl·lules grans, de creixement ràpid i amb genomes relativament grans en comparació amb altres bacteris. Molts d’aquests genomes contenen l‘operó mer, un conjunt de gens implicats en les rutes metabòliques de  transformació i degradació del mercuri, com ara el merB i el merA.

Segles d’activitat industrial han provocat l’acumulació de mercuri en els sediments marins

Les estimacions, realitzades a partir de dades de les últimes tres dècades, conclouen que s’han acumulat entre 50.000 a 100.000 tones de mercuri en ambients costaners.

Les investigadores assenyalen casos com la Badia japonesa de Minamata, on una fàbrica productora d’acetaldehid va provocar un augment de fins a 2.000 mg / kg en la concentració de mercuri en els sediments; o l’extracció de mercuri a la mina Idrija, a Eslovènia, que durant 500 anys, va provocar una acumulació de més de 1.800 tones de mercuri en els sediments. O, un altre cas, la febre de l’or a Califòrnia, a partir de la qual es van acumular més de 140 tones a la Badia de San Francisco cap a finals del s. XIX.

“Al Mediterrani s’estima que hi ha unes 1.000 tones de mercuri total, de les quals unes 238 tones estàn en la forma de monometilmercuri, la que passa a les cadenes tròfiques”, indiquen les investigadores del projecte. Això es confirma amb el fet que s’han detectat alts nivells de mercuri en espècies bioindicadores (musclos). És per això que l’acumulació d'aquest compost en sediments marins constitueix “un risc potencial global per als sistemes costaners i les cadenes tròfiques”, coincideixen les científiques.

Aplicació de la tecnologia desenvolupada per MER-CLUB

El lloc triat per a l’estudi pilot que es realitzarà en les etapes finals de MER-CLUB és l’estuari del Nervión, al País Basc. És un lloc ambiental rellevant perquè les concentracions de mercuri estaven per sobre del llindar de “contaminació fort”. L'aplicació de tecnologies de bioremediació en condicions reals es realitzarà amb la participació de la petita empresa AFESA Medi Ambient.

MER-CLUB monitorarà la descontaminació del mercuri en sediments marins en un entorn controlat

“Els primers passos seran el dragatge dels sediments marins contaminats per dur a terme experiments en sistemes tancats, a petita escala (1-4 kg) i optimitzant les condicions per potenciar la capacitat de detoxificació dels bacteris seleccionats. Posteriorment, es farà l’escalat utilitzant entre 40 i 50 kg de sediments”, indica l’equip d’investigadores sobre la fase d’aplicació del projecte.

MER-CLUB monitorarà la descontaminació del mercuri en sediments marins en un entorn controlat, estudiant els cicles químics del mercuri i les interaccions entre les comunitats bacterianes naturals i els bacteris detoxificadors introduïts en el sistema. L’experiment es perllongarà un mes per determinar l’eficiència de descontaminació en aquests sistemes complexos.

Això permetrà estimar el temps i la viabilitat d’aquesta nova estratègia de bioremediació i, durant l’última fase del projecte, determinar el potencial de transferència d’aquesta tecnologia sostenible al mercat.

FaLang translation system by Faboba