Un aliento de cloro fresco


Imagen: Stephen H. Zinder; Ciencia RESIDUOS DE RESIDUOS. Esta cepa bacteriana recién descubierta, llamada provisionalmente Dehalococcoides ethenogenes convierte los clorocarbonos tóxicos en etileno inocuo mediante la eliminación de átomos de cloro. En el desconcertante mundo de los problemas de desechos peligrosos, pocos compuestos son tan molestos como los solventes clorados. Es

Imagen: Stephen H. Zinder; Ciencia

RESIDUOS DE RESIDUOS. Esta cepa bacteriana recién descubierta, llamada provisionalmente Dehalococcoides ethenogenes convierte los clorocarbonos tóxicos en etileno inocuo mediante la eliminación de átomos de cloro.

En el desconcertante mundo de los problemas de desechos peligrosos, pocos compuestos son tan molestos como los solventes clorados. Estos tóxicos densos tienden a hundirse debajo del nivel freático y se agregan en charcos que se disuelven lentamente en el agua subterránea, extendiendo gradualmente la región de contaminación. Los "malos actores", como a veces los llaman los químicos (ver barra lateral), resisten la degradación de los microorganismos, y bombear el agua manchada a la superficie para su tratamiento es una tarea ingrata, porque los químicos en el suelo continúan filtrando en el agua mesa.

Ahora, un equipo de investigación en la Universidad de Cornell ha descubierto una herramienta prometedora para ayudar en el esfuerzo de limpieza: una bacteria que puede neutralizar dos de los solventes clorados más comunes, haciéndolos inofensivos. El hallazgo, publicado en la edición del 6 de junio de 1997, de la revista Science, ofrece a los científicos una visión de la biología de los organismos declorantes: conocimiento que se puede usar para formular estrategias para la limpieza biológica (o "biorremediación") de una amplia variedad de contaminantes ambientales.

El tricloroeteno (TCE) y el tetracloroeteno, mejor conocido como percloroetileno o PCE, son los compuestos clorados más problemáticos. Tanto el PCE como el TCE son tóxicos y se sospecha que son carcinógenos. Sin embargo, los compuestos son ubicuos debido a su utilidad en procesos industriales. PCE es un producto básico de la industria de la limpieza en seco; ambos productos químicos se utilizan habitualmente para desengrasar la maquinaria y son componentes de muchos diluyentes de pintura y anticongelantes.

Hasta hace poco, no se sabía que ninguna bacteria degradara completamente el PCE (aunque se había identificado al menos una que podía descomponer el TCE). Pero el grupo de Cornell encontró un microbio conocido solo como Strain 195 en un cultivo mixto de microorganismos de una planta de aguas residuales ahora abandonada en Ithaca, Nueva York.

Los investigadores descubrieron algo muy útil sobre Strain 195: es una bacteria anaeróbica (lo que significa que no requiere oxígeno para la respiración) que en realidad "respira" disolventes clorados: extrae energía de la descomposición de la sustancia química por su metabolismo natural. Las enzimas dentro de la cepa 195 catalizan una serie de reacciones de cuatro pasos en las que los átomos de cloro se eliminan del PCE. La separación de los enlaces atómicos entre el carbono y el cloro dentro de la molécula de PCE libera energía que la bacteria utiliza para mantenerse. PCE asume un papel para el microbio análogo al del oxígeno en humanos.

Imagen: Adriana Rovers / Cornell

EQUIPO CORNELL compuesto por Xavier Maym-Gatell, estudiante graduado; James M. Gossett, profesor de ingeniería civil y ambiental; y Stephen H. Zinder, profesor de microbiología, cepa islolada 195.

La cepa 195 no es el primer microorganismo descubierto para eliminar el cloro de los productos químicos orgánicos. Sin embargo, otros microbios, por lo general, no eliminan todos los átomos no deseados. Más bien, producen productos de reacción intermedios que pueden ser tan malos o peores que el tóxico original. Tomar un átomo de cloro de PCE, por ejemplo, produce TCE. La extracción de dos produce cis-dicloroeteno, un carcinógeno sospechoso. La excitación del tercero produce cloruro de vinilo, un carcinógeno conocido.

Solo la eliminación de los cuatro átomos de cloro del PCE deja un subproducto verdaderamente inocuo: el eteno (etileno), un hidrocarburo simple. El cloro unido y los átomos de carbono reaccionan con el gas hidrógeno producido por la materia orgánica fermentada para formar un enlace carbono-hidrógeno y ácido clorhídrico, que luego reacciona con los iones metálicos abundantes en el suelo para formar sales inocuas. La cepa 195, que eventualmente puede denominarse Dehalococcoides ethenogenes, es el primer microbio que puede llevar a la PCE nociva a sus componentes seguros.

A pesar de su promesa obvia, Strain 195 no está a punto de encontrar un hogar inmediato en los sitios de desechos peligrosos de todo el mundo. Perry L. McCarty, profesor de ingeniería ambiental en la Universidad de Stanford (y autor de un artículo adjunto en Science ), explica que estos microbios generalmente no florecen en el suelo. La cepa 195 y otros decloradores pueden prosperar solo si tienen acceso a una fuente de hidrógeno molecular, que proporciona los electrones necesarios para romper los enlaces cloro-carbono en las moléculas de solvente. Pero en el campo, los microorganismos ordinarios capturan la mayoría de los electrones suministrados con hidrógeno para sus propias necesidades metabólicas.

La investigación continua realizada por un miembro del equipo de Cornell, James M. Gossett, se centra en cómo alterar las condiciones del suelo en los sitios contaminados para aumentar la cantidad de hidrógeno disponible para la cepa 195 y su tipo, y para determinar la combinación óptima de nutrientes que aquellos Los microbios requieren. El próximo año, Gossett participará en un estudio conjunto de la Fuerza Aérea, la Armada y la EPA que colocará fuentes potenciales de hidrógeno en el suelo en la Estación Aérea Naval de Fallon en Nevada para fomentar el crecimiento de decloradores. Si ese enfoque no funciona, el grupo puede intentar agregar al agua subterránea un cultivo mixto que incluya la cepa 195 junto con otras bacterias asociadas.

La cepa 195 también plantea algunos rompecabezas científicos intrigantes. El microbio no parece estar relacionado con ninguno de los otros géneros en Eubacteria (el dominio filogenético que incluye la mayoría de las bacterias conocidas). La dieta inusual de Strain 195 también hace que los científicos de Cornell se pregunten cómo evolucionó. "La gran pregunta con un error de este tipo es: ¿qué estaba haciendo antes de que la gente arrojara PCE al medio ambiente?" dice Stephen H. Zinder, el microbiólogo que es coautor del artículo.

Una de las dificultades con Strain 195 es que es difícil de cultivar, por lo que los investigadores podrían algún día considerar clonar sus valiosos genes decloradores e insertarlos en un organismo que sería más fácil de cultivar. Ese trabajo es para el futuro, sin embargo. Por ahora, Zinder está tratando de llegar a un conocimiento básico de estos microorganismos enigmáticos. "Cuando comenzamos en esta área hace unos años, lo comparamos con la elaboración de vino antes de Pasteur", dice. "Realmente estamos tratando de pasar esto de un arte a una ciencia, entendiendo quiénes son los jugadores [bacterias] y qué les gusta".