Micoremediación

Micoremediación (del griego antiguo μύκης (mukēs), que significa "hongo", y el sufijo -remedium, que en latín significa "restaurar el equilibrio") es una forma de biorremediación en la que los hongos Se utilizan métodos de remediación basados en la contaminación para descontaminar el medio ambiente. Se ha demostrado que los hongos son una forma económica, eficaz y respetuosa con el medio ambiente de eliminar una amplia gama de contaminantes de entornos dañados o aguas residuales. Estos contaminantes incluyen metales pesados, contaminantes orgánicos, tintes textiles, productos químicos para el curtido del cuero y aguas residuales, combustibles derivados del petróleo, hidrocarburos aromáticos policíclicos, productos farmacéuticos y de cuidado personal, pesticidas y herbicidas en ambientes terrestres, de agua dulce y marinos.

Los subproductos de la remediación pueden ser materiales valiosos en sí mismos, como enzimas (como lacasa), hongos comestibles o medicinales, lo que hace que el proceso de remediación sea aún más rentable. Algunos hongos son útiles en la biodegradación de contaminantes en ambientes extremadamente fríos o radiactivos donde los métodos tradicionales de remediación resultan demasiado costosos o inutilizables.

Contaminantes

Los hongos, gracias a sus enzimas no específicas, son capaces de descomponer muchos tipos de sustancias, incluidos productos farmacéuticos y fragancias, que normalmente son recalcitrantes a la degradación bacteriana, como el paracetamol (también conocido como acetaminofén). Por ejemplo, utilizando Mucor hiemalis, la degradación de productos que son tóxicos en el tratamiento tradicional del agua, como los fenoles y pigmentos de las aguas residuales de las destilerías de vino, los agentes de contraste de rayos X y los ingredientes de los productos de cuidado personal, puede descomponerse de forma no tóxica.

La micorremediación es un método de remediación más económico y, por lo general, no requiere equipos costosos. Por esta razón, se utiliza a menudo en aplicaciones a pequeña escala, como la micofiltración de aguas residuales domésticas y la filtración de efluentes industriales.

Según un estudio de 2015, la micorremediación puede incluso ayudar con la biodegradación del suelo de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). Los suelos empapados con creosota contienen altas concentraciones de HAP y, para detener la propagación, la micorremediación ha demostrado ser la estrategia más exitosa.

Metales

La contaminación por metales es muy común, ya que se utilizan en muchos procesos industriales como galvanoplastia, textiles, pinturas y cuero. Las aguas residuales de estas industrias se utilizan a menudo con fines agrícolas, por lo que, además del daño inmediato al ecosistema en el que se vierten, los metales pueden llegar a criaturas y humanos a través de la cadena alimentaria. La micorremediación es una de las soluciones más baratas, efectivas y respetuosas con el medio ambiente para este problema. Muchos hongos son hiperacumuladores, por lo que son capaces de concentrar toxinas en sus cuerpos fructíferos para su posterior eliminación. Esto suele ser cierto para poblaciones que han estado expuestas a contaminantes durante mucho tiempo y han desarrollado una alta tolerancia. La hiperacumulación se produce mediante biosorción en la superficie celular, donde los metales ingresan pasivamente al micelio con muy poca absorción intracelular. Una variedad de hongos, como Pleurotus, Aspergillus, Trichoderma han demostrado ser eficaces en la eliminación de plomo, cadmio, níquel, cromo, mercurio, arsénico, cobre, boro, hierro y zinc en ambientes marinos, aguas residuales y terrestres.

No todos los individuos de una especie son efectivos de la misma manera en la acumulación de toxinas. Los individuos individuales generalmente se seleccionan de un ambiente más antiguo y contaminado, como lodos o aguas residuales, donde tuvieron tiempo de adaptarse a las circunstancias, y la selección se lleva a cabo en el laboratorio. Una dilución del agua puede mejorar drásticamente la capacidad de biosorción de los hongos.

La capacidad de ciertos hongos para extraer metales del suelo también puede ser útil como bioindicador y puede ser un problema cuando el hongo es de una variedad comestible. Por ejemplo, el gorro de tinta peludo (Coprinus comatus), un hongo comestible común que se encuentra en el hemisferio norte, puede ser un muy buen bioindicador de mercurio. Sin embargo, como la tapa de tinta peluda acumula mercurio en su cuerpo, puede resultar tóxico para el consumidor.

La capacidad de absorción de metales del hongo también se ha utilizado para recuperar metales preciosos del medio. Por ejemplo, el Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia informó una recuperación del 80% de oro de desechos electrónicos utilizando técnicas de micofiltración.

Contaminantes orgánicos

Los hongos se encuentran entre los principales organismos saprotróficos de un ecosistema, ya que son eficientes en la descomposición de la materia. Los hongos que pudren la madera, especialmente la pudrición blanca, secretan enzimas y ácidos extracelulares que descomponen la lignina y la celulosa, los dos componentes principales de la fibra vegetal. Se trata de compuestos orgánicos (a base de carbono) de cadena larga, estructuralmente similares a muchos contaminantes orgánicos. Lo logran utilizando una amplia gama de enzimas. En el caso de los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), compuestos orgánicos complejos con anillos aromáticos policíclicos fusionados y muy estables, los hongos son muy eficaces además de en los entornos marinos. Las enzimas implicadas en esta degradación son ligninolíticas e incluyen lignina peroxidasa, peroxidasa versátil, manganeso peroxidasa, lipasa general, lacasa y, en ocasiones, enzimas intracelulares, especialmente el citocromo P450.

Otras toxinas que los hongos pueden degradar en compuestos inofensivos incluyen combustibles derivados del petróleo, fenoles en aguas residuales, bifenilo policlorado (PCB) en suelos contaminados usando Pleurotus ostreatus, poliuretano en condiciones aeróbicas y anaeróbicas, como condiciones en el fondo de los vertederos utilizando dos especies del hongo ecuatoriano Pestalotiopsis, y más.

Los mecanismos de degradación no siempre están claros, ya que el hongo puede ser un precursor de la actividad microbiana posterior en lugar de ser individualmente eficaz en la eliminación de contaminantes.

Pesticidas

La contaminación por pesticidas puede ser a largo plazo y tener un impacto significativo en los procesos de descomposición y el ciclo de nutrientes. Por tanto, su degradación puede resultar costosa y difícil. Los hongos más utilizados para ayudar en la degradación de dichas sustancias son los hongos de pudrición blanca, que gracias a sus enzimas ligninolíticas extracelulares como la lacasa y la manganeso peroxidasa, son capaces de degradar gran cantidad de dichos componentes. Los ejemplos incluyen el insecticida endosulfán, imazalil, tiofanato de metilo, ortofenilfenol, difenilamina, clorpirifos en aguas residuales y atrazina en suelos arcillosos-francosos.

Tintes

Los tintes se utilizan en muchas industrias, como la impresión de papel o la textil. A menudo son recalcitrantes a la degradación y, en algunos casos, como algunos colorantes azoicos, cancerígenos o tóxicos.

El mecanismo por el cual los hongos degradan los colorantes es a través de sus enzimas lignolíticas, especialmente lacasa, por lo que los hongos de pudrición blanca son los más utilizados.

La micorremediación ha demostrado ser una tecnología de remediación barata y eficaz para colorantes como el verde de malaquita, la nigrosina y la fucsina básica con Aspergillus niger y Phanerochaete chrysosporium y el rojo Congo, un Colorante cancerígeno recalcitrante a los procesos biodegradativos, azul directo 14 (utilizando Pleurotus).

Sinergia con la fitorremediación

La fitorremediación es el uso de tecnologías basadas en plantas para descontaminar un área.

La mayoría de las plantas terrestres pueden formar una relación simbiótica con los hongos, lo que resulta ventajoso para ambos organismos. Esta relación se llama micorriza. Los investigadores descubrieron que las micorrizas mejoran la fitorremediación. Las relaciones simbióticas de los hongos micorrízicos con las raíces de las plantas ayudan con la absorción de nutrientes y la capacidad de la planta para resistir factores de estrés bióticos y abióticos, como los metales pesados biodisponibles en la rizosfera. Los hongos micorrízicos arbusculares (HMA) producen proteínas que se unen a los metales pesados y, por lo tanto, disminuyen su biodisponibilidad. La eliminación de contaminantes del suelo mediante hongos micorrízicos se denomina micorrizorremediación.

Los hongos micorrízicos, especialmente los HMA, pueden mejorar enormemente la capacidad de fitorremediación de algunas plantas. Esto se debe principalmente a que el estrés que sufren las plantas debido a los contaminantes se reduce considerablemente en presencia de HMA, por lo que pueden crecer más y producir más biomasa. Los hongos también aportan más nutrientes, especialmente fósforo, y favorecen la salud general de las plantas. La rápida expansión del micelio también puede ampliar en gran medida la zona de influencia de la rizosfera (hifosfera), proporcionando a la planta acceso a más nutrientes y contaminantes. Aumentar la salud general de la rizosfera también significa un aumento en la población de bacterias, lo que también puede contribuir al proceso de biorremediación.

Esta relación ha demostrado ser útil con muchos contaminantes, como Rhizophagus intraradices y Robinia pseudoacacia en suelos contaminados con plomo, Rhizophagus intraradices con Glomus versiforme inoculado en pasto vetiver para la eliminación de plomo, HMA y Calendula officinalis en suelos contaminados con cadmio y plomo, y en general fue eficaz para aumentar la capacidad de biorremediación de metales y combustibles derivados del petróleo. y HAP. En los humedales, los HMA promueven en gran medida la biodegradación de contaminantes orgánicos como el benceno, el metil terc-butil éter y el amoníaco del agua subterránea cuando se inoculan en Phragmites australis.

Viabilidad en ambientes extremos

Las especies de hongos antárticos como Metschnikowia sp., Cryptococcus gilvescens, Cryptococcus victoriae, Pichia caribbica y Leucosporidium creatinivorum pueden resistir el frío extremo y aun así proporcionar una biodegradación eficiente de los contaminantes. Debido a la naturaleza de ambientes más fríos y remotos como la Antártida, los métodos habituales de remediación de contaminantes, como la eliminación física de los medios contaminados, pueden resultar costosos. La mayoría de las especies de hongos antárticos psicrófilos son resistentes a la disminución de los niveles de producción de ATP (trifosfato de adenosina), lo que provoca una reducción de la disponibilidad de energía, una disminución de los niveles de oxígeno debido a la baja permeabilidad del suelo congelado y la interrupción del transporte de nutrientes causada por los ciclos de congelación y descongelación. Estas especies de hongos son capaces de asimilar y degradar compuestos como fenoles, n-hexadecano, tolueno e hidrocarburos aromáticos policíclicos en estas duras condiciones. Estos compuestos se encuentran en el petróleo crudo y el petróleo refinado.

Algunas especies de hongos, como Rhodotorula taiwanensis, son resistentes al pH extremadamente bajo (ácido) y al medio radiactivo que se encuentran en los desechos radiactivos y pueden crecer con éxito en estas condiciones, a diferencia de la mayoría de los otros organismos. También pueden prosperar en presencia de altas concentraciones de mercurio y cromo. Hongos como Rhodotorula taiwanensis posiblemente puedan usarse en la biorremediación de desechos radiactivos debido a su bajo pH y sus propiedades de resistencia a la radiación. Ciertas especies de hongos son capaces de absorber y retener radionucleidos como 137Cs, 121Sr, 152Eu, 239Pu y 241Am. De hecho, las paredes celulares de algunas especies de hongos muertos pueden utilizarse como filtro que puede adsorber metales pesados y radionúclidos presentes en los efluentes industriales, evitando su liberación al medio ambiente.

Gestión de incendios

Mycoremediation incluso se puede utilizar para el manejo de incendios con el método de encapsulación. Este proceso consiste en utilizar esporas de hongos recubiertas de agarosa en forma de pellet, que se introduce en un sustrato del bosque quemado, descomponiendo toxinas y estimulando el crecimiento.