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Los humanos sólo representamos el 1% del total de microorganismos. Por muy difícil que sea descomponer sustancias, debe haber microorganismos en la tierra que puedan descomponerlas. Inspirados por esto, los científicos están considerando utilizar la biorremediación para purificar el medio ambiente terrestre, es decir, utilizar medios artificiales para mejorar la capacidad de los microorganismos para descomponer contaminantes tóxicos y nocivos y acortar el tiempo de purificación.
En la actualidad, la contaminación ambiental de la Tierra es muy grave y el alcance de la contaminación aún se está expandiendo. La razón principal es que el rápido crecimiento demográfico y el rápido desarrollo económico han provocado un gran consumo de carbón y petróleo, y se han descartado una gran cantidad de nuevos compuestos. En particular, el grave aumento del dióxido de carbono en la atmósfera ha provocado el calentamiento global. Además, sin tener en cuenta la protección del medio ambiente, diversos compuestos producidos por el hombre para su propia conveniencia contaminan gravemente el suelo y las aguas subterráneas, causando daños catastróficos a la vida en la Tierra.
Los compuestos como el tricloroetileno y los bifenilos policlorados no se pueden digerir en el cuerpo incluso si una persona ingiere una pequeña cantidad, y se concentrarán en el cuerpo. El tricloroetileno es un cloruro orgánico que se utiliza ampliamente como limpiador de semiconductores en fábricas de alta tecnología de todo el mundo. Se sospechaba que era cancerígeno para los animales y luego se detectó en el suelo o en las aguas subterráneas. Según las investigaciones, sólo en Japón se produjeron 469 incidentes en los que el tricloroetileno contaminó las aguas subterráneas y superó las normas medioambientales. Además, hubo 629 incidentes de contaminación causados por percloroetileno, un solvente de limpieza en seco comúnmente utilizado. En las aguas subterráneas investigadas, aproximadamente un 20% de tricloroetileno y un 27% de tetracloroetileno excedían el estándar.
Otro ejemplo son los bifenilos policlorados (PCB), que no son fáciles de disolver ni quemar, tienen buen aislamiento y propiedades químicas estables, por lo que se utilizan ampliamente como aceite aislante para motores y medios térmicos para intercambiadores de calor.
Sin embargo, los científicos han descubierto que los PCB abundan en el cuerpo y pueden causar enfermedades hepáticas. La cantidad de bifenilos policlorados (PCB) que ingresan al medio ambiente se estima en 465.438 millones de toneladas, provocando contaminación en todo el mundo. Los científicos incluso han detectado altos niveles de PCB en mamíferos marinos como los delfines o las focas.
Además, la contaminación por petróleo crudo también es un gran problema. En los últimos años, los accidentes de petroleros han provocado que grandes cantidades de crudo se filtren al océano, provocando grandes daños al ecosistema marino. Esto se está convirtiendo en un problema mundial.
Los contaminantes peligrosos causados por los humanos son casi imposibles de descomponer por sí solos por la naturaleza. Incluso si se puede descomponer, su capacidad de purificación no puede seguir el ritmo de la contaminación y llevará mucho tiempo. El objetivo principal de la biorremediación propuesta por los científicos es purificar estas sustancias refractarias.
La biorremediación generalmente se divide en método de "activación biológica" y método de "expansión microbiana". El primero activa microorganismos que originalmente viven en sitios contaminados y el segundo cultiva microorganismos extraños. Además, según el método de eliminación, se puede dividir en "eliminación in situ" para la purificación in situ y "eliminación móvil" para el transporte a las instalaciones de eliminación.
Las siguientes son algunas tecnologías prácticas de biorremediación. El primero es un laboratorio de purificación de tricloroetileno de aguas subterráneas. El método consiste en dividir el agua subterránea y colocarla en el dispositivo, luego agregar metano y nutrientes (nitrógeno y fósforo) al dispositivo para activar las "bacterias metanogénicas" en el lugar y regresar al suelo para descomponer el tricloroetileno. Este es un ejemplo típico de control de la contaminación por activación microbiana.
Así, 40 días después de la inyección de metano, la concentración de tricloroetileno bajó de 0,8 mg por litro a 0,5 mg por litro. Además, las concentraciones de tricloroetileno se suprimieron eficazmente incluso cuando se detuvieron las inyecciones.
Hay muchos lugares contaminados por tricloroetileno, pero debido al alto costo, la biorremediación del tricloroetileno con metano no se ha popularizado. Por supuesto, el llamado "control de la purificación natural" ahora se refiere a la purificación natural sin ninguna intervención humana, y el llamado "incremento de la purificación natural" se refiere a la purificación con intervención humana.
El método consiste en mezclar petróleo crudo y grava marina, ponerlos en la red y luego separarlos en dos grupos. A un grupo se le agregaron nutrientes y al otro grupo no. Los resultados experimentales muestran que el petróleo crudo del grupo con nutrientes añadidos se descompone y no tiene efectos adversos sobre los pequeños animales marinos.
Para reducir el dióxido de carbono, gas de efecto invernadero global, los científicos están considerando un método de biorremediación que utilizaría los océanos, que cubren el 70% de la superficie de la Tierra, para solidificar el dióxido de carbono. Las plantas y el plancton del océano pueden absorber grandes cantidades de dióxido de carbono de la atmósfera. Pero debido a la falta de "hierro" necesario para el crecimiento, la superficie del océano donde las plantas y el plancton no pueden sobrevivir suele ser de unos 10, o unos 36 millones de kilómetros cuadrados, que es más grande que el continente asiático. Si en estas zonas marinas se planta hierro para reproducir plantas y plancton, y se utiliza su fotosíntesis para absorber dióxido de carbono, equivale a aumentar el número de plantas en tierra. En realidad, esto mejora las capacidades curativas naturales únicas del océano, por lo que también es bueno para el medio ambiente.
Desde 1993 se llevan a cabo experimentos en aguas de las Islas Galápagos. Los científicos arrojaron hierro desde barcos y lo monitorearon mediante aviones y satélites. Los resultados mostraron que sí aumentó las plantas y el plancton, y que los niveles de dióxido de carbono en el agua de mar disminuyeron. Además, los científicos también convirtieron cenizas de carbón o de incineración en bloques, los rociaron con microalgas y nutrientes y los hicieron flotar en el mar para realizar experimentos de absorción de dióxido de carbono. Esto no sólo solidifica eficazmente el dióxido de carbono, sino que también convierte las microalgas subproductos en sustancias útiles, como absorbentes de rayos UV o pesticidas reciclados. El océano es un tesoro escondido de microorganismos y genes desconocidos. Los expertos están explorando una variedad de genes útiles. El establecimiento de un sistema de restauración biológica marina es de gran importancia para restaurar la capacidad única de autopurificación del océano, prevenir el deterioro de la contaminación marina y restaurar el océano a su estado adecuado.
Actualmente, los científicos están utilizando supermicroorganismos genéticamente modificados para realizar investigaciones de biorremediación.
El desarrollo de las superbacterias comienza con la degradación de los bifenilos policlorados. Los PCB son compuestos muy estables. Hasta ahora, los científicos no habían descubierto microorganismos que pudieran descomponer los PCB. Más tarde, descubrieron que las bacterias que se alimentan de bifenilo también pueden descomponer los PCB.
Estados Unidos y Japón utilizaron dos bacterias que descomponen PCB para la manipulación genética. Los genes de estas bacterias en descomposición están vinculados entre sí mediante un método llamado "transformación del ADN". Déjalo evolucionar. En teoría, los PCB pueden producir 209 compuestos. Las dos enzimas de descomposición bacteriana 95 son similares, pero tienen diferentes capacidades para descomponer los PCB.
Los genes de dos bacterias en descomposición fueron amplificados mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Primero, la cadena del gen se digiere y luego se amplifica mediante PCR. En este punto, se introduce un fragmento de ADN llamado "cebador", se unen los fragmentos y se mezclan los dos genes. En segundo lugar, para extender la longitud total del gen, se añaden nuevamente "cebadores" para realizar la PCR. En los genes mixtos, los supergenes con fuertes capacidades se intercambian con las bacterias que descomponen los PCB originales para formar supermicroorganismos.
La capacidad de los microorganismos preparados para descomponer los PCB es mucho mayor que la de las bacterias en descomposición originales. Los científicos también utilizan los llamados "experimentos de simulación molecular" para predecir la estructura de una enzima que sólo puede cambiar los aminoácidos implicados en la degradación de los PCB. Por lo tanto, puede incluso albergar bacterias que descomponen la dioxina y el tolueno. Hasta ahora estas dos sustancias no se podían descomponer.
Los científicos también han desarrollado supermicroorganismos que pueden descomponer eficazmente el tricloroetileno y bacterias cultivadas que descomponen el tricloroetileno. En términos prácticos, si se utilizan microorganismos naturales, claro. Pero en la búsqueda actual de una alta eficiencia, se necesitan bacterias descomponedoras más fuertes. El futuro de la Tierra puede estar dominado por estos microorganismos.