Héroes microscópicos al rescate del ambiente

Isamar Maydeth Vidal Silva, Omar Abraham Tlatempa Sotelo y Rosa María Gutiérrez Ríos

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Aunque cada vez utilizamos más fuentes de energía renovables, los combustibles fósiles siguen siendo esenciales para la vida moderna. Gracias a ellos funcionan buena parte del transporte, la industria y la generación de electricidad, que usamos en el día a día. Sin embargo, su extracción, transporte y uso liberan contaminantes que pueden persistir durante años en el ambiente y afectar la salud de los seres vivos. Muchos son tóxicos y algunos, incluso, carcinogénicos, ya que pueden dañar el ADN y alterar el funcionamiento celular.

Uno de los ejemplos más visibles de la contaminación asociada al uso de combustibles fósiles es el de los derrames petroleros. Basta con imaginar un derrame para pensar en playas contaminadas, aves cubiertas de crudo y ecosistemas dañados. Pero lo que pocas personas imaginan es que, desde los primeros momentos, millones de microorganismos comienzan una silenciosa labor de limpieza. Esto se debe a que algunas bacterias utilizan esos contaminantes como alimento, obteniendo de ellos el carbono y la energía que necesitan para crecer, lo que contribuye de forma natural a reducir su impacto ambiental.

Pero antes de conocer cómo trabajan los microorganismos para ayudar a limpiar un derrame petrolero y cómo los científicos pueden descubrir estas capacidades, primero debemos entender qué es el petróleo, qué sustancias lo componen y por qué algunas de ellas son tan difíciles de eliminar de la naturaleza.

El petróleo es una mezcla compleja compuesta principalmente por hidrocarburos, es decir, moléculas formadas por carbono e hidrógeno. Algunos, llamados hidrocarburos alifáticos, presentan cadenas lineales o ramificadas; otros, que contienen uno o varios anillos bencénicos, se denominan hidrocarburos aromáticos. Un anillo bencénico es una estructura formada por seis átomos de carbono unidos en forma de hexágono y, según el número de anillos que poseen, los hidrocarburos aromáticos se clasifican en monoaromáticos, cuando contienen uno solo, o poliaromáticos, cuando presentan dos o más anillos fusionados (Figura 1).

Los hidrocarburos aromáticos no se encuentran únicamente en el petróleo ni se liberan solo durante los derrames. También pueden generarse a partir de incendios forestales, emisiones volcánicas, actividades industriales y la quema de residuos (Figura 2).

De esta manera, los seres vivos pueden entrar en contacto con ellos al respirar aire contaminado, al consumir agua o alimentos que los contienen, o al tener contacto directo con suelos y sedimentos contaminados. Los seres humanos también pueden exponerse a través de estas vías, ya sea de manera directa o mediante el consumo de plantas y animales que estuvieron en contacto con estos compuestos (Figura 2). Al entrar en el cuerpo, algunos hidrocarburos aromáticos pueden dañar las células y afectar órganos como los pulmones y el corazón. La exposición prolongada a ciertos compuestos también puede debilitar las defensas del organismo, dañar el ADN y aumentar el riesgo de cáncer.

Aunque existen métodos físicos y químicos para eliminar los HA, estos suelen ser costosos y pueden generar subproductos igualmente peligrosos. Afortunadamente, los microorganismos ofrecen una alternativa natural. Pero ¿cómo logran degradar moléculas tan resistentes?

Bacterias, hongos y algas han evolucionado para utilizar numerosos hidrocarburos aromáticos como fuente de carbono y energía gracias a proteínas llamadas enzimas, que aceleran las reacciones químicas y les permiten transformar estos contaminantes en compuestos cada vez más sencillos, hasta incorporarlos a su metabolismo. Como se muestra en la Figura 3, este proceso comienza cuando los microorganismos entran en contacto con los hidrocarburos aromáticos, se adhieren a ellos y producen las enzimas necesarias; posteriormente, estas enzimas reconocen los hidrocarburos, rompen su anillo y favorecen su transformación en sustancias más simples y menos dañinas para el ambiente.

Sin embargo, no todos los hidrocarburos se degradan con la misma facilidad. Los compuestos más simples suelen transformarse más rápidamente, mientras que los PAH, más complejos, son más resistentes y persistentes.

Héroes ambientales

Aunque muchos microorganismos pueden transformar hidrocarburos aromáticos, no todos degradan los mismos compuestos ni pueden hacerlo bajo las mismas condiciones. Algunos microorganismos se han adaptado para sobrevivir y degradar hidrocarburos en ambientes muy diversos. Es el caso de las bacterias.

Cuando pensamos en bacterias, es común asociarlas con enfermedades. Sin embargo, esa es solo una pequeña parte de su historia. La inmensa mayoría de las bacterias cumplen funciones esenciales para la vida, ya que participan en el reciclaje de nutrientes, producen oxígeno, favorecen el crecimiento de las plantas y contribuyen a eliminar contaminantes.

Dentro de este tipo de microorganismos hay verdaderos especialistas en la degradación de hidrocarburos aromáticos y de otros compuestos del petróleo (Figura 4), que pueden colaborar formando consorcios, lo cual potencia dicha degradación.

El éxito de las bacterias radica en su extraordinaria capacidad de adaptación. Pueden vivir en ambientes muy diversos, desde suelos y ríos, hasta sedimentos marinos profundos, donde el oxígeno es escaso o incluso inexistente. Además, evolucionan rápidamente, intercambian material genético entre sí y poseen una enorme diversidad de enzimas (proteínas), lo que les permite desarrollar nuevas estrategias para transformar compuestos que, para muchos otros organismos, resultan prácticamente indestructibles.

Esta versatilidad ha permitido que algunas bacterias prosperen en entornos altamente contaminados. Gracias a ello, contribuyen de manera natural a la recuperación de ecosistemas afectados por derrames de petróleo y otros contaminantes (Figura 5).

El tipo de estrategia de degradación que utilizan las bacterias depende de las condiciones del ambiente. En presencia de oxígeno, durante la degradación aerobia, bacterias como Pseudomonas o Rhodococcus emplean enzimas llamadas oxigenasas, que incorporan oxígeno al anillo aromático y facilitan su ruptura (Figura 5). En ausencia de oxígeno, durante la degradación anaerobia, las bacterias recurren a una estrategia distinta. Es parecido a lo que ocurre cuando un automóvil híbrido cambia de gasolina a electricidad para seguir funcionando: en lugar de utilizar oxígeno, las bacterias aprovechan otras sustancias disponibles en el ambiente, como nitrato, sulfato o compuestos de hierro, para obtener energía mientras transforman los contaminantes. En muchas de estas rutas, las bacterias recurren a otras enzimas, llamadas ligasas, para iniciar la degradación de los hidrocarburos aromáticos. Algunas bacterias incluso pueden cambiar de una estrategia a otra cuando la concentración de oxígeno fluctúa.

Estas distintas capacidades determinan qué microorganismos pueden sobrevivir y participar en la degradación en cada ambiente. Por esta razón, la composición de las comunidades microbianas depende de la disponibilidad de oxígeno, nitrato o sulfato, así como de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo. En sedimentos marinos con poco o ausencia de oxígeno, por ejemplo, las bacterias reductoras de sulfato desempeñan un papel importante en la degradación anaerobia.

En México, estudios realizados en el Golfo de California y en el Golfo de México han identificado microorganismos con este potencial de degradación. En la bahía de Guaymas, Sonora (Figura 6), donde se desarrollan actividades portuarias y se almacena combustible, se han detectado hidrocarburos en sedimentos y en organismos marinos, como moluscos, crustáceos y esponjas, lo que evidencia la necesidad de comprender y aprovechar estos procesos naturales de degradación para desarrollar estrategias que contribuyan a reducir la contaminación y proteger los ecosistemas marinos.

En conjunto, estos procesos muestran la extraordinaria capacidad de adaptación microbiana y revelan que, incluso frente a contaminantes persistentes, los microorganismos son aliados fundamentales en la transformación y mitigación de la contaminación ambiental.

La revolución ómica: ver lo invisible

Durante muchos años, el estudio de los microorganismos capaces de degradar hidrocarburos se limitó porque la mayoría de las especies presentes en el ambiente no podían cultivarse fácilmente en el laboratorio [1]. Así que te preguntarás, ¿cómo descubren los modernos cazadores de microbios, quiénes degradan los contaminantes y cómo lo hacen?

La respuesta llegó con el desarrollo de las tecnologías de secuenciación del ADN y de la metagenómica [2]. Con estos enfoques, hoy es posible extraer ADN directamente de ambientes contaminados y analizar simultáneamente miles de microorganismos sin necesidad de cultivarlos. Esto ha permitido descubrir nuevos genes, proteínas, comunidades microbianas y rutas metabólicas implicados en la degradación de hidrocarburos aromáticos (Figura 7).

Una vez obtenidas las secuencias de ADN, es decir, el orden de las unidades que forman el ADN y en las que está escrita la información genética de los organismos, las herramientas bioinformáticas comparan estas secuencias de ADN y las proteínas de distintos microorganismos para identificar dominios y motivos funcionales, predecir la estructura y la función de las proteínas e integrar esta información con bases de datos especializadas. Al igual que una huella digital permite reconocer a una persona, los dominios y motivos constituyen una "firma" molecular que permite inferir la función de proteínas que nunca han sido caracterizadas experimentalmente.

La combinación de esta información permite reconstruir rutas metabólicas completas y comprender cómo los microorganismos transforman estos contaminantes. Además, cada enzima puede asociarse a un número EC (Enzyme Commission), un sistema internacional de clasificación que las clasifica según la reacción química que catalizan. Esta nomenclatura facilita comparar enzimas entre distintos organismos e identificar con mayor precisión las rutas metabólicas presentes en una comunidad microbiana.

Gracias a la integración de la genómica, la bioinformática y la biología molecular, hoy no solo comprendemos mejor cómo la naturaleza degrada estos contaminantes, sino que también podemos desarrollar estrategias más eficientes para la remediación ambiental y el aprovechamiento biotecnológico de dichos procesos. Además, los investigadores pueden comparar estos datos con bases de datos especializadas que reúnen información sobre genes, enzimas y reacciones que permiten explorar qué organismos tienen el potencial de degradar a los diversos hidrocarburos.

Aplicaciones biotecnológicas: de la remediación al diseño de nuevas moléculas

Comprender cómo los microorganismos degradan hidrocarburos aromáticos no solo amplía nuestro conocimiento ecológico y bioquímico, sino que también abre oportunidades biotecnológicas de gran valor.

En el campo de la biorremediación, diversos estudios han demostrado que es posible acelerar la limpieza de sitios contaminados mediante la promoción del crecimiento de los microorganismos nativos o la introducción de cepas especializadas, proceso conocido como “bioaumentación” (Figura 8). Por ejemplo, bacterias del género Pseudomonas se han utilizado para mejorar el tratamiento de lixiviados industriales, los cuales son líquidos tóxicos generados por la descomposición de materia orgánica, ricos en compuestos fenólicos (moléculas derivadas del benceno).

También se han aplicado biorreactores para eliminar hidrocarburos monoaromáticos en aguas subterráneas contaminadas. Además, en ambientes con escaso oxígeno, como sedimentos marinos o acuíferos profundos, los microorganismos anaerobios amplían las posibilidades de tratamiento. En muchos casos, los consorcios microbianos (comunidades de distintas especies que trabajan juntas) resultan más eficientes que una sola cepa.

Pero las aplicaciones no se limitan a la descontaminación. Muchas de las enzimas implicadas en la degradación de hidrocarburos aromáticos se han convertido en herramientas de biocatálisis industrial [3]. Por ejemplo, algunas monooxigenasas y dioxigenasas se emplean para transformar compuestos aromáticos en moléculas de alto valor comercial, como precursores de fármacos, fragancias o monómeros para la industria química. En lugar de procesos químicos tradicionales que requieren altas temperaturas y generan residuos tóxicos, estas enzimas permiten reacciones más específicas y sostenibles.

La biología sintética ha ido aún más lejos: hoy es posible integrar genes degradadores en microorganismos diseñados para producir compuestos de interés a partir de materias primas renovables. Así, rutas metabólicas originalmente asociadas a la degradación ambiental pueden convertirse en plataformas para la producción sostenible de nuevas moléculas.

Aprender de la naturaleza

Los hidrocarburos aromáticos ejemplifican cómo un problema ambiental también puede convertirse en una oportunidad científica y tecnológica. El estudio de los microorganismos que los degradan está impulsando nuevas estrategias de remediación, procesos industriales más sostenibles y el desarrollo de herramientas biotecnológicas que podrían contribuir a una economía menos dependiente de procesos químicos altamente contaminantes.

Durante millones de años, la evolución ha seleccionado microorganismos capaces de transformar compuestos que, para nosotros, constituyen contaminantes. Hoy, la ciencia comienza a comprender esos procesos y a utilizarlos como fuente de inspiración para desarrollar soluciones más sostenibles. En este sentido, los microorganismos no solo son "héroes ambientales"; también son maestros que nos enseñan nuevas formas de aprovechar la química de la naturaleza.

Referencias

1. Maricela Carrera Reyna y Rosa María Gutiérrez Ríos (2024). Los modernos cazadores de microbios. Biotecnología en Movimiento 37 (4). https://biotecmov.ibt.unam.mx/numeros/37/4.html
2. Maricela Carrera Reyna, Verónica Jiménez Jacinto y Rosa María Gutiérrez Ríos (2025). Descifrando la información genética. Biotecnología en Movimiento 40 (1). https://biotecmov.ibt.unam.mx/numeros/40/1.html
3. Rubén Mendoza Flores, Francisco Bolívar y Adelfo Escalante (2022). Ingeniería de vías metabólicas: rediseñando bacterias para convertirlas en biofábricas de compuestos de interés. Biotecnología en Movimiento 29 (6). https://biotecmov.ibt.unam.mx/numeros/29

Lecturas recomendadas

1. Consorcio de Investigación del Golfo de México (2023, 19 de abril). Consorcios bacterianos: una opción para mitigar los derrames petroleros. CIGoM. https://cigom.org/noticias/consorcios-bacterianos-una-opcion-para-mitigar-derrames-petroleros/
2. Pech, D. (15 de febrero de 2023). ¿Es vulnerable la biota marina a la exposición al petróleo? CIGoM – Centro de Investigaciones y Estudios Superiores en Antropología Social & El Colegio de la Frontera Sur. Disponible en: [https://cigom.org/noticias/es-vulnerable-la-biota-marina-a-la-exposicion-a-petroleo/](https://cigom.org/noticias/es-vulnerable-la-biota-marina-a-la-exposicion-a-petroleo/?utm_source=chatgpt.com)
3. [Organización Mundial de la Salud (OMS)](https://iris.who.int/server/api/core/bitstreams/317aeb17-3b0e-4733-b555-275af3212c11/content). (2017). Hoja de ruta para fortalecer la participación del sector de la salud en el Enfoque Estratégico de la Gestión Internacional de los Productos Químicos, con miras al objetivo fijado para 2020 y años posteriores. WHO/FWC/PHE/EPE/17.03.
4. World Health Organization Regional Office for Europe. (2021). Human health effects of polycyclic aromatic hydrocarbons as ambient air pollutants: Report of the Working Group on Polycyclic Aromatic Hydrocarbons of the Joint Task Force on the Health Aspects of Air Pollution. WHO Regional Office for Europe.[ ](https://iris.who.int/server/api/core/bitstreams/3b3199ae-6d72-4551-bee0-0330a0ce5cd7/content)La cita describe el informe técnico de la Organización Mundial de la Salud (OMS) que resume la evidencia científica sobre los efectos de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) presentes como contaminantes del aire ambiental, evalúa su impacto en la salud humana y proporciona recomendaciones para la evaluación y gestión del riesgo. https://iris.who.int/server/api/core/bitstreams/3b3199ae-6d72-4551-bee0-0330a0ce5cd7/content.

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