Biotecnología
Índice ¿Las bacterias, hongos y plantas ayudan a recuperar un ambiente alterado por la
Página
contaminación del hombre? Introducción
3
Problema
3
Objetivos
3
Justificación
4
Marco teórico
4
●
¿Qué es la biotecnología ambiental?
●
¿De qué manera las bacterias y hongos restauran un ambiente alterado debido a la
4 5-6
contaminación antropogénica? ●
¿De qué manera la fitorremediación restaura ambientes alterados por la contaminación antropogénica?
●
6-7
Exponer caso de recuperación de un ambiente alterado a través del uso de biotecnología. 1. La planta de tabaco (Nicotiana tabacum) es capaz de acumular metales pesados. 2. La contaminación del Mar del Norte debido al derrame de crudo por parte del barco
7-8 8
Exxon Valdez en 1989 Hipótesis
8
Metodología
9
A.
Material
B.
Método
Resultados
10
Análisis y discusión de resultados
10
Conclusiones
11
Fuentes de consulta
12
Biotecnología
¿Las bacterias, hongos y plantas ayudan a recuperar un ambiente alterado por la contaminación del hombre? Introducción
plantas como una manera de recuperar un
El presente proyecto fue realizado por seis
ambiente alterado, ya que nos pareció
alumnos
Escuela
interesante el descubrir que dichos seres
Nacional Preparatoria 9 “Pedro de Alba”.
vivos pueden hacer algo bueno por el
Actualmente gracias al avance tecnológico
ambiente
por investigadores en diversos campos
contaminados que a simple vista pueden
científicos,
parecer completamente perdidos, para ello
pertenecientes
la
a
la
biotecnología
ha
podido
y
recuperar
globalizar la ciencia con el fin del progreso
primero
de
biotecnología ambiental, después veremos
la
humanidad
innovadoras surgiendo
y
con
en
pro
como
soluciones
del
respuesta
ambiente, a
las
la
conoceremos
manera
en
que
lo
entornos
que
es
contribuyen
la
tanto
bacterias, hongos y plantas para restaurar
necesidades sociales propias de un mundo
ambientes
sobrepoblado
humana, y por último citaremos ejemplos
La
biotecnología
y es
contaminado. la
utilización
de
alterados
como
servicios, en ella convergen áreas como la
contaminados.
química,
genética,
bioquímica,
virología, medicina, agronomía, ingeniería, entre otras. Dentro de esta tecnología, surge la biotecnología ambiental que desarrolla, regula y utiliza sistemas biológicos para la recuperación de ambientes alterados, de aquí surge el tema central del proyecto donde el uso de la biotecnología da respuesta a los desafíos que enfrenta un mundo con nuevas necesidades al emplear bacterias, hongos y
la
actividad
donde se hayan aplicado estos seres vivos
organismos para la obtención de bienes y
biología,
por
restauradores
de
ambientes
Problema ¿Cómo pueden ayudar los seres vivos como las bacterias, hongos y plantas a recuperar un ambiente alterado por la contaminación del hombre? Objetivos Conocer el uso de bacterias, hongos y plantas para la recuperación de un ambiente alterado
debido
antropogénica,
a
a
la
través
contaminación de
un
caso
concerniente al uso de biotecnolo-
3
Biotecnología
planteado
amplia gama de contaminantes. El problema
responder las siguientes preguntas: ¿Qué
principal de los derrames de petróleo es que
es la biotecnología ambiental?, ¿De qué
son resistentes a la biodegradación, por lo
manera las bacterias y hongos restauran un
cual se acumulan y persisten en el ambiente
ambiente
la
perjudicando, así como a los seres vivos
contaminación antropogénica?, ¿De qué
que lo habitan, y a su vez al ser humano. La
manera
restaura
importancia de usar seres vivos en la
contaminación
restauración de los ambientes radica en que
antropogénica? y por último exponer dos
es una técnica práctica para limpiar suelos
casos de recuperación de un ambiente
contaminados ya que se usan a los mismos
alterado a través del uso de biotecnología
microorganismos que viven en el suelo y el
ambiental, que son el de la planta de tabaco
subsuelo, además de que con relación a
y el de la contaminación del Mar del Norte.
otras tecnologías usadas para ello, su uso
gía. Para
ambientes
ello
nos
hemos
alterado
la
debido
fitorremediación
alterados
por
a
no causa riesgos prominentes en el medio
Justificación Debido al crecimiento de la población y el avance de las actividades industriales a partir del siglo XIX se provocaron serios problemas
de
contaminación
ambiental.
Desde entonces, los países generan más desperdicios,
muchos
de
ellos
en el ambiente contaminado; y suele tener costos más bajos, ya que se ahorran algunos costos de transporte y pasivos. Marco teórico
no
biodegradables o que se degradan muy lentamente en la naturaleza, lo que provoca su acumulación en el ambiente sin tener un destino seguro o un tratamiento adecuado. De modo que en lugares donde no existe control sobre la emisión y el tratamiento de los desechos, es factible encontrar una
ambiente, pues provoca una menor intrusión
¿Qué es la biotecnología ambiental? Es una de las ramas de la biotecnología, que estudia el medio ambiente, que permite entender y aprovechar al máximo todos los recursos naturales, como las bacterias, hongos, plantas, entre otros; con la finalidad de disminuir o contrarrestar los efectos de la contaminación en el medio ambiente.
4
Biotecnología
¿De qué manera las bacterias y hongos
Dentro de esto, encontramos la degradación
restauran un ambiente alterado debido a
enzimática, que consiste en el empleo de
la
antropogénica?
enzimas en el sitio contaminado con el fin
Las bacterias son capaces de procesar
de degradar las sustancias nocivas, dichas
químicamente sustancias perjudiciales para
enzimas son previamente producidas en
el medio ambiente como metales pesados,
bacterias
azufre, gas nitrógeno, entre otros. Debido a
También
su metabolismo pueden procesar
estos
microbiana, que se refiere al uso de
para
microorganismos directamente en el foco de
convertirlos en productos inocuos o incluso
la contaminación. Estos microorganismos
beneficiosos para el medio. Un ejemplo
pueden ya existir en ese sitio o pueden
claro es la utilización de bacterias para la
provenir de otros ecosistemas, en cuyo caso
biorremediación
de
por
deben ser agregados o inoculados en el sitio
petróleo;
bacterias
los
contaminado (proceso de inoculación). Es
contaminantes orgánicos del crudo como
importante destacar, que la remediación de
fuente
carbono
un ambiente contaminado es un proceso
transformándolo mediante distintas rutas
muy complejo que requiere un abordaje
metabólicas, como puede ser respiración
integral, combinando herramientas físicas,
aeróbica,
químicas y microbiológicas.
contaminación
contaminantes
las
de
con
facilidad
agua
energía
anaeróbica,
co-metabolismo
y
y
suelo
utilizan
y
fermentación,
transformadas tenemos
deshalogenación
la
genéticamente. remediación
Figura 1.2 Las bacterias con gran importancia en la biotecnología. Sus paredes celulares están construidas de manera diferente. Fuente : Cneyoysiari2046. (15 de mayo de 2014). Bacterias y hongos. Principales características y usos en la Biotecnología. [Imagen]. Recuperado el 5 de marzo de 2021, de http://apuntesbiotecnologiagen eral.blogspot.com/2014/05/bac terias-y-hongos-principales.ht ml
reductiva.
Los
hongos
son
considerados
“balas
mágicas” por actuar contra las bacterias Tabla 1. Algunos ejemplos de bacterias y los contaminantes que degradan. Fuente:S.a. (s.f.). TIPOS DE BIORREMEDIACIÓN. Recuperado el 7 de febrero de 2021 dehttps://sites.google.com/site/biorremediacionsquadraergon/tipos-de-biorremediacion
infecciosas sin afectar a las plantas o
5
Biotecnología
animales, esto mediante la inhibición de un Figura 1.3 Los hongos con gran importancia en la biotecnología, sobre todo en los procesos de degradación. Se han clasificado hasta ahora aproximadamente 70000 hongos.
proceso en la constitución de la pared celular bacteriana, la cual es fundamental para la subsistencia de éstas. Los
hongos
presentan
diferentes
características ventajosas que facilitan su estudio y su uso en la biorremediación. Se
de
Fuente: cneyoysiari2046. (15 de mayo de 2014). Bacterias y hongos. Principales características y usos en la Biotecnología. [Imagen]. Recuperado el 5 de marzo de 2021 de http://apuntesbiotecnologiageneral.blogspot.com/2014/05/bacterias-y-hongos-principales. html
filamentos que hacen de raíces) pueden
¿De qué manera la fitorremediación
penetrar el suelo contaminado y producir
restaura
enzimas extracelulares que degradan los
contaminación
contaminantes. Dependiendo de la especie,
La
las
el
económica que no afecta la fertilidad de los
contaminante a tratar, los hongos llegan a
suelos. Utiliza plantas para restaurar o
ser
para
estabilizar sitios contaminados y aprovecha
descontaminar suelos contaminados. Varias
las habilidades naturales de las plantas para
especies de hongos tienen un alto grado de
acumular,
remediación
sustancias orgánicas e inorgánicas. El uso
les puede encontrar en diferentes hábitats terrestres,
además
condiciones
sus
hifas
geológicas,
atractivas
(red
y
alternativas
estimulando
la
actividad
ambientes
alterados
por
la
antropogénica?
fitorremediación
es
una
estabilizar
y/o
tecnología
degradar
enzimática y microbiana. Algunos hongos
de
son
de
reduce la exposición de los humanos a la
absorber y concentrar metales pesados en
inhalación directa del aire contaminado con
su sombrero. El hongo más utilizado en la
metales. Existen seis métodos diferentes de
biorremediación
fitorremediación que se agrupan en dos
hiperacumuladores
es
el
capaces
Phanerochaete
vegetación
en
sitios
contaminados
chrysosporium, también denominado “el
conjuntos,
hongo de la pudrición blanca”, que por su
contención (rizofiltración, fitoestabilización y
capacidad ligninolítica ha sido probado para
fitoinmovilización) y los que se utilizan como
la degradación de una gran variedad de
medio
compuestos.
fitoextracción y fitovolatilización).
de
los
que
se
eliminación
utilizan
como
(fitodegradación,
6
Biotecnología
La fitoextracción, donde las plantas son capaces de inmovilizar los contaminantes de los suelos en la raíz, ya sea por absorción o adsorción. Algunas plantas que se usan son, entre muchas otras, Anthyllis vulneraria para el zinc, cadmio y plomo, Lupinus albus para el cadmio y arsénico, y Brassica juncea para el cadmio, zinc, cobre, manganeso, hierro y plomo.
En la
fitoestabilización, las plantas absorben los
Figura 1. 4 Tipos de fitorremediación, en donde se indica la zona de la planta en donde ocurre el proceso. Fuente: Programa Educativo Por Qué Biotecnología. (s.f.). Biorremediación: organismos que limpian el ambiente.[Imagen]. Recuperado el 5 de marzo de 2021 de https://www.porquebiotecnologia.com.ar/Cuadernos/El_Cuaderno_36.pdf
metales del suelo y luego son trasladados a las partes aéreas donde se acumulan, capacidad que les permite a las plantas almacenar altas concentraciones de iones metálicos en sus tejidos y descontaminar también
el
hacerlo
en
suelo;
desafortunadamente,esta hiper-acumulación y tolerancia hacia los metales pesados está limitada a un número pequeño de especies
Casos de recuperación de un ambiente alterado
a
través
del
uso
de
biotecnología-ambiental. 1.
La
planta
de
tabaco
(Nicotiana
tabacum) es capaz de acumular metales pesados. El laboratorio de Biomembranas del Instituto de Biotecnología de la UNAM, ha estudiado los mecanismos moleculares de la especie
vegetales.
Nicotiana tabacum (tabaco) para fitoextraer Algunas de estas plantas son, entre otras,
metales pesados de suelos de los jales
Thlaspi
cadmio,
mineros (generados por los procesos de
Vertiveria zizanioides para el zinc, cadmio y
separación de metales a partir de minerales
plomo, y Pistia stratiotes para el arsénico,
metalíferos). Los resultados indicaron que
cadmio, cromo, cobre, mercurio, níquel,
cuando esta planta crece en presencia de
plomo y zinc. Las plantas pueden incorporar
una mezcla de metales tóxicos, se convierte
las
en una acumuladora (por medio de sus
caerulescens
sustancias
para
el
contaminantes
distintos procesos (figura 1.4).
mediante
raíces) de Cadmio (Cd), Magnesio (Mg) y
7
Biotecnología
Arsénico (As), mediante la fitoestabilización
para que pueda permitir la difusión de los
de metales pesados, por lo que de acuerdo
compuestos grasos a un compuesto polar
a estos resultados se recomienda su uso
como
para
y
organismos de bioaumentación, que son
metaloides. Sin embargo, se deben de
resistentes a las condiciones de estrés y
realizar más estudios que determinen el
además son capaces de degradar algún
mecanismo que el tabaco utiliza para fijar
compuesto extraño de ese lugar.
remover
metales
pesados
el
agua.
Estos
son
justamente
estos metales en sus raíces. Figura 1.6 El buque Exxon Valdez. Fuente: Maiquez M. (2010). La lista más negra: más de 130 desastres vertidos por ´petróleo. [fotografía]. Recuperado el 6 de marzo del 2021 de la página web: el:https://www.20minutos.e s/noticia/728547/0/vertidos /petroleo/claves/# Figura 1.5 La planta de tabaco (Nicotiana tabacum) Fuente: Carnimundo.com. (2018). Nicotiana Tabacum. [Imagen]. Recuperado el 5 demarzo de 2021 de la página web: https://carnimundo.com/2018/11/20/nicotiana-tabacum-tabaco-variedad-burley/
También la bacteria es capaz de generar
2. La contaminación del Mar del Norte debido al derrame de crudo por parte del
plásticos biodegradables, ya que produce el
polihidroxibutirato,
compuesto
barco Exxon Valdez en 1989
por
un
polímero
monómeros
de
4
carbonos que tiene características más En el caso de la contaminación del Mar del
rígidas que los de monómeros más
Norte debido al derrame de crudo por parte
largos.
del barco Exxon Valdez en 1989, se probó si los microorganismos que se encontraban ahí podían adaptarse para degradar el contaminante
(bioestimulación).
Se
descubrió una especie de bacteria a la que nombraron Pseudomona extremaustralis, que
sintetiza una especie de detergente
Esta bacteria podía producir los dos polímeros,
pero
manipulación
genética
mediante se
la
anula
la
producción de uno de ellos, obteniendo un plástico mucho más flexible. Hipótesis
biodegradable al que llaman surfactante, y
De
este modifica la tensión superficial del agua
planteada, nuestra hipótesis se basa en
acuerdo
a
la
pregunta
inicial
8
Biotecnología B) Método que
el
uso
de
biotecnología, biorremediación
El día 24 de febrero del 2021 comenzamos
ambiental surge como una alternativa
con el proyecto de investigación. A partir del
eficiente
tema “la biotecnología como respuesta a los
particularmente
y
la
viable
para
recuperar
ambientes alterados por el hombre a
desafíos
través del uso de microorganismos.
necesidades: uso de bacterias, hongos y plantas
Metodología
de
un
para
mundo
con
recuperar
nuevas
un
ambiente
alterado” establecimos la modalidad que trabajaremos (revista) y el enfoque del
A) Material
proyecto;
empezamos
buscando
La finalidad de nuestro proyecto es
información basándonos en la guía de
conocer
Biología V Área II de la UNAM. La
a
la
biotecnología
como
respuesta a los desafíos de un mundo
investigación se fundamentó en la siguiente
con
de
pregunta: ¿Cómo pueden ayudar los seres
para
vivos como las bacterias, hongos y plantas a
recuperar un ambiente alterado. Para ello
recuperar un ambiente alterado por la
se realizaron múltiples búsquedas en
contaminación del hombre?. Con base en
diferentes sitios de internet a los que se
esa pregunta de investigación describimos
puede tener acceso como sitios web,
los
vídeos, revistas científicas, documentos y
investigación
presentaciones
otros,
desarrollo
del
para analizar la información obtenida, ya
buscamos
información
que nuestro proyecto sólo estará basado
revistas científicas y algunos videos, al igual
en la investigación documental y no
que imágenes relacionadas al tema para
procederemos a la investigación de
incluirlas; a partir de esta investigación
campo, debido al presupuesto que esto
planteamos
implica y por la crisis sanitaria COVID-19
compartimos puntos de vista y analizamos
no se podrán tomar.
la información recabada para determinar
nuevas
bacterias,
necesidades:
hongos
y
digitales,
uso
plantas
entre
objetivos.
Luego y
justificamos
comenzamos marco
nuestra
con
teórico en
el
donde
sitios
hipótesis,
la
web,
posterior
que nuestra hipótesis es cierta. Finalmente escribimos
las
conclusiones
y
dimos
formato.
9
Biotecnología
Los
ambientes
alterados
por
la
contaminación antropogénica pueden ser restaurados
por
medio
de
la
fitorremediación (uso de plantas) donde existen
seis
métodos
diferentes
de
fitorremediación y dependiendo del tipo Equipo editorial | Biotecnología
Resultados
de contaminante, la cantidad y el medio en el que se encuentre, se elige el
Las bacterias son capaces de procesar
método de contención o de eliminación.
químicamente sustancias perjudiciales para
Los métodos más utilizados son la
el medio ambiente como metales pesados,
fitoextracción y la fitoestabilización donde
azufre y gas nitrógeno, convirtiéndolos en
las plantas absorben los metales del
productos inocuos o beneficiosos para el
suelo y luego son trasladados a las
medio ambiente. Por otra parte, los hongos
partes aéreas donde almacenan altas
actúan contra las bacterias infecciosas (sin
concentraciones de iones metálicos en
afectar a las plantas o animales del
sus
ecosistema) con la inhibición de un proceso
descontaminar el suelo.
tejidos
y
de
esta
forma
en la constitución de la pared celular Análisis y discusión de resultados
bacteriana. De la misma manera, sus hifas son capaces
De acuerdo a los resultados encontrados
de implantarse en el suelo contaminado y
al
fabricar enzimas extracelulares que atenúan
confiables,
los contaminantes como el zinc, cobre,
planteada en la hipótesis acerca de cómo
mercurio, cadmio y plomo; el proceso de la
la biorremediación con microorganismos
biorremediación puede llevarse a cabo de
nos pueden ayudar a solucionar las crisis
dos
ambientales
formas:
la
bioaumentación. biorremediación
bioestimulación Entre
los
tipos
encontramos
y
la
investigar
en
distintas
confirmamos
que
estamos
fuentes la
idea
viviendo,
de
debido al aumento de la demanda de la
la
población actual por la descontaminación
degradación enzimática y la remediación
de estos ambientes alterados, es lo que
microbiana.
10
Biotecnología
ha impulsado la búsqueda de nuevas
investigación
alternativas que contribuyan a solucionar
joven, al combinar diferentes áreas del
estos problemas de carácter ambiental. Por
conocimiento
ello, la biorremediación se ha convertido en
innovación) en una vía prometedora a través
una alternativa atractiva y prometedora ya
de la cual la humanidad podría revertir o
que ha demostrado ser más rentable y
bien, ayudar a disminuir los daños que la
puede
los
misma ha causado a la Tierra. En el
contaminantes sin dañar la flora y fauna del
pensamiento colectivo, los microorganismos
lugar. Es cierto que la biorremediación tiene
son
ciertos
restricciones
bacterias dañinas, por lo que el dar a
impuestas por el sustrato y variabilidad
conocer el papel en el recuperamiento y
ambiental,
de
restauración de ambientes alterados se
los
contribuye con una nueva visión de estos
degradar
límites
el
biodegradación
selectivamente
con
las
potencial y
la
limitado
viabilidad
de
y
aplicación
se
percibidos
convierte
(con
constantemente
sigue siendo una alternativa en vías de
enigmas.
investigación y mejoramiento, así que con
definitivamente, la opción correcta para el
nuevas investigaciones que logren resolver
uso de microorganismos como agentes de
estas
recuperación, las bacterias a través de su
con
continuar
el
La
que
destruye
biorremediación
resulta,
desarrollo de trabajos científicos y de
capacidad
ingeniería sobre esto, la biorremediación se
bioestimulación como por bioaumentación
puede convertir en una tecnología viable, en
tienen
los
de
componentes contaminantes por medio de
desarrollo, que pueda terminar con los
rutas metabólicas. Un ejemplo que pone en
problemas ambientales que tenemos hoy en
evidencia lo conveniente que resulta la
día, o por lo menos contribuir mejorando la
biotecnología,
situación aquejante.
biorremediación, es el caso del Mar del
diferentes
sectores
y
niveles
la
de
visión
como
seres
y
una
cada
microorganismos de origen natural, pero
limitaciones
vivos,
relativamente
actuar
capacidad
tanto
de
por
disminuir
específicamente
la
Norte (1989), donde fue posible presenciar Conclusiones La biotecnología sigue siendo un campo de
la ayuda que estos pequeños organismos brindan en un esquema de restablecimiento.
11
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