Unidad 9 Biot

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Biotecnología I
Unidad IX 
Carrera: LICENCIATURA EN BIOTECNOLOGIA
Trayecto curricular: Ciclo de Formación Inicial
Período: 2º Cuatrimestre – 2019
9
Biotecnología ambiental
La biotecnología 
ambiental es la 
solución de 
problemas 
ambientales a través 
de la aplicación de la 
biotecnología.
Por qué la biotecnología ambiental?
Se necesita para:
• Eliminar los residuos 
peligrosos producidos por 
nuestras otras tecnologías.
• Distinguir entre especies 
similares y asegurar que 
las especies no estén en 
riesgo de extinción.
• Crear fuentes de energía 
alternativas (ej. 
biocombustibles).
EL DESARROLLO SUSTENTABLE
Desarrollo sustentable: “la capacidad de atender las necesidades del presente sin 
comprometer la capacidad de las generaciones futuras de atender sus propias necesidades” 
(Informe Brütland, 1987).
El desarrollo sustentable depende del progreso en tres áreas:
Económica
Social
Ambiental 
¿Cuál es el impacto de las actividades humanas sobre el medio ambiente?
¿Cuál es el legado que le dejaremos a las próximas generaciones? 
Las biotecnologías disminuyen los costos de la materia 
prima y de la producción industrial con procesos y 
productos nuevos o de mayor valor agregado. 
El desarrollo de nuevas plataformas tecnológicas 
posibilite la conservación y la creación de empleos. 
Las biotecnologías desempeñan un importante papel en la 
prevención, remediación y monitoreo de la contaminación.
LAS TECNOLOGÍAS LIMPIAS
La sociedad está admitiendo que es preferible no contaminar a tener que desarrollar 
métodos para limpiar el ambiente. 
En el contexto de las llamadas “biotecnologías blancas”, varias tecnologías limpias 
reemplazan a otras más contaminantes en procesos industriales y agrícolas, ayudando 
también a reducir el volumen de residuos domésticos, agrícolas e industriales.
La sustitución de procesos industriales
La tecnología enzimática (específica, no tóxica, biodegradable) es la primera alternativa 
para disminuir la polución porque permite sustituir algunos procesos y productos 
industriales por otros menos agresivos para el medioambiente.
Utilizadas como agentes biológicos, permiten procesos productivos más limpios y seguros, 
con menor consumo de energía y menor generación de residuos secundarios. El desarrollo 
de enzimas activas a altas temperaturas, en solventes no acuosos y en sólidos ampliará las 
aplicaciones futuras.
Industrias de alimentos, detergentes, textiles, de papel y celulosa, de cueros, etc. 
Los plásticos representan el 20% del volumen de desechos en los países 
industrializados, y la mayor parte proviene de los embalajes convencionales de la 
industria de alimentos. Constituyen un problema para el medioambiente porque 
además de perdurar por largo tiempo en la naturaleza, su fabricación emplea una 
materia prima no renovable (petróleo) y un proceso muy contaminante que gasta una 
gran cantidad de energía. A corto o mediano plazo, los plásticos podrán ser 
reemplazados por otros polímeros de propiedades similares y biodegradables, pero 
de origen bacteriano o vegetal.
Desarrollo de bioplásticos
La industria de papel y celulosa es otro caso a considerar. Consume alrededor de 4.000 
millones de árboles por año, principalmente pinos y eucaliptos y produce 40 millones de 
toneladas de papel y celulosa al año. 
Problema: 
La lignina le da el color pardo característico a la pasta kraft, que se usa
para hacer cartón y papel madera. El blanqueo requiere un tratamiento
con oxígeno y cloro, en un proceso en el que se forman derivados
clorados tóxicos. 
Solución biotecnológica:
Un procedimiento alternativo es el biopulping, un tratamiento enzimático con xilanasas que 
degradan el xilano de la hemicelulosa, eliminando la lignina a la que está asociada.
Secuenciamiento del genoma del eucalipto ayudará en el mejoramiento de la calidad de la 
madera, al aumentar la proporción de celulosa y disminuir la de lignina en árboles de 
crecimiento más rápido. Por otro lado, el secuenciamiento del genoma del hongo 
lignilolítico Phanerochaete chrysosporium (pudrición blanca) reveló la existencia de más de 
240 genes que codifican para enzimas extracelulares que participan en la degradación
de carbohidratos. Este hongo es el más eficiente en la descomposición de la madera y se lo 
usa en la industria para el blanqueo de la pulpa de papel y de las telas y, también, en la 
degradación de numerosos contaminantes de origen orgánico.
Situación industrial papelera
Es importante la aplicación de tecnologías limpias para sustituir algunos insumos 
utilizados en la agricultura, tales como los fertilizantes y plaguicidas.
Debido a la aplicación masiva de fertilizantes agrícolas, el nitrógeno (N) y el fósforo (P) 
que no fueron absorbidos por las plantas acaban siendo arrastrados por las lluvias hacia 
los ríos y las reservas de agua. El exceso de nutrientes estimula la proliferación de algas, 
impidiendo la vida en los cursos de agua y produciendo toxinas que afectan a los peces y 
al ganado.
En la fabricación del papel se usa almidón para aumentar la rigidez de la masa. La 
amilopectina es la de mayor interés industrial. La Comisión Europea autorizó la papa 
genéticamente modificada Amflora (BASF Plant Science) que produce almidón de alta 
calidad con 100% de amilopectina. Esta papa se destina al uso industrial y no puede 
ser incluida en la alimentación humana o en raciones animales.
Además…
La sustitución de insumos agrícolas
Microorganismos – Bioinoculantes – Fijación de N y utilización de P
Bioinsecticidas
El problema creciente de la contaminación
Contaminantes orgánicos:
1. Petróleo crudo (Alcanos heterocíclicos,
aromáticos, etc.).
2. Refinados (nafta, diesel, gasoil, etc.).
3. Productos de combustión/conversión (CO2).
El problema creciente de la contaminación
DEPOSICIÓN 
ATMOSFÉRICA
DIRECTA
Industria 
municipal
INDIRECTA
Agricultura 
tributarial
SEDIMENTACION
Partículas
disueltas
Coloidal Particulada
Alga
Volatilización
la microcapa
Enriquecimiento de
plancton
Aves marinas
predadores
forraje
solutos
Difusión/
Resuspensión
Alteración/Degradación
microbiana
Diagenesis Burial
Deposición Benthos
Intercambio
en subsuelo
peces
peces para
peces para
forraje
Flujo exterior
El problema creciente de la contaminación
El problema creciente de la contaminación
DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS y 
AGUAS: TÉCNICAS BIOTECNOLÓGICAS
- Degradación de la basura (residuos sólidos)
En condiciones adecuadas, todos los compuestos 
naturales pueden ser degradados. Las poblaciones 
microbianas del ambiente degradan las sustancias 
orgánicas a través de numerosas reacciones, sin 
necesidad de cuidados asépticos o de cultivos puros. 
LA REDUCCIÓN DE LOS RESIDUOS
- Tratamiento de las aguas servidas y efluentes (residuos líquidos)
La degradación de la basura
El tratamiento de los residuos sólidos urbanos (RSU) en usinas de compostaje es un 
procedimiento alternativo a la incineración y al depósito en basurales y rellenos sanitarios. 
La biodegradación aerobia de los restos orgánicos los transforma en un compost, utilizado 
en el mejoramiento de los suelos, etc.
Por otro lado, la descomposición in natura de la basura en los rellenos sanitarios crea una 
zona de anaerobiosis donde se produce biogás. Este es liberado a la atmósfera, donde 
contribuye al efecto invernadero y al aumento de la temperatura, afectando el clima.
En el compostaje, los propios microorganismos de la basura mineralizan la materia 
orgánica previamente fragmentada y mezclada. Al comenzar la degradación, la liberación 
de energía provoca un aumento de la temperatura suficiente para eliminar a la mayoría 
de los microorganismos indeseables (sanitización). A medida que la actividad microbiana 
disminuye, el sistema se estabiliza y madura hasta perder todo su potencial de 
biodegradación.
Degradación de la basura - Compostaje
Compostaje
Sistemas simples (pilas al aire libre) 
Sistemas complejos (silos, biorreactores), 
Importante mover los residuos para aerearel sistema!!!
Las aguas cloacales están formadas por excrementos (heces y orina), aguas de uso 
doméstico (baño, lavado de ropa, etc.) y desechos de origen industrial. Liberadas 
directamente a los cursos de agua, las aguas cloacales desestabilizan a las poblaciones 
microbianas que al multiplicarse consumen el oxígeno provocando la muerte de peces y 
crustáceos.
Combina métodos físicos (filtración y sedimentación) con métodos biológicos de 
degradación. Los microorganismos aerobios mineralizan parte de la materia orgánica del 
efluente. Las bacterias anaeróbicas proceden a la biodigestión de los lodos, permitiendo la 
obtención de biogás y la remoción de algunos nutrientes (N y P, principalmente).
El tratamiento de las aguas residuales
Tratamiento
El tratamiento ocurre en cuatro etapas:
Tratamiento primario. Las aguas cloacales pasan por un proceso de filtración 
que remueve objetos grandes, basura y arena. En el tanque de sedimentación, la 
grasa sobrenadante se separa del lodo sedimentado, que puede ser transferido a un 
biodigestor.
Tratamiento secundario. El líquido efluente del tanque de sedimentación puede 
tratarse en lagunas de escasa profundidad por los propios microorganismos de la 
cloaca. También puede tratarse en tanques de lodo activado, donde inyectando aire 
comprimido se oxigena y agita el medio. 
Tratamiento terciario. Elimina sustancias inorgánicas y orgánicas, mediante 
procedimientos tales como la filtración, la volatilización del amoníaco, la 
precipitación del fosfato, etcétera.
Tratamiento avanzado. Si bien la degradación microbiana de los residuos 
orgánicos no elimina totalmente a los microorganismos patógenos, la carga 
restituida al ambiente disminuye considerablemente. Solo algunos procedimientos 
adicionales eliminan a los microorganismos patógenos recalcitrantes (cloración, 
irradiación UV y tratamiento con ozono).
El tratamiento de las aguas residuales
Además de ser fundamental para la población y el medioambiente, el tratamiento de los 
efluentes industriales es también estratégico, porque permite mejorar la imagen de las 
industrias más contaminantes.
El tratamiento de los efluentes industriales
Ejemplos:
1) Cuando las vinazas resultantes de la obtención de alcohol se 
liberan directamente a los cuerpos de agua, estos sufren 
eutrofización, con consecuencias nefastas para los seres vivos. Las 
soluciones contemplan el uso de tecnologías más eficientes que 
permitan reducir el volumen de vinazas, y también su biodigestión
anaerobia para la generación de biogás y de electricidad.
2) Los efluentes de las industrias lácteas son usados como materia 
prima para el crecimiento de microorganismos que se agregan a 
las raciones animales. 
3) El licor sulfítico de los efluentes de la industria del papel y de la 
celulosa puede ser eliminado con el hongo Paecilomyces, 
produciendo biomasa.
4) Con respecto a los residuos gaseosos de origen industrial, el 
tratamiento de los compuestos orgánicos volátiles (VOC) se hace a 
través de filtros biológicos, de diferentes tipos y complejidad 
tecnológica.
In situ
- Bioventing
- Biorremediación
- Bioaumentación
- Fitorremediación
Ex situ
- Biopilas
- Compostaje
- Landfarming
- Lodos
DESCONTAMINACIÓN DE SUELOS - TÉCNICAS 
BIOTECNOLÓGICAS
Descontaminación de Suelos
TÉCNICAS BIOTECNOLÓGICAS
Estimulan el crecimiento de organismos en suelos 
contaminados, con el fin de degradarlos o extraerlos mediante la 
realización de sus actividades metabólicas.
Se basan en la adaptación de los organismos al medio y en 
proporcionar condiciones adecuadas para su desarrollo 
(nutrientes, humedad, pH, temperatura, etc.).
Se aplican a multitud de contaminantes orgánicos y a algunos 
contaminantes inorgánicos.
Descontaminación de Suelos
In situ
NO
BAJOS
ALTO
DUDOSA
DIFÍCIL
Ex situ
SI
ALTOS
BAJO
SI
FÁCIL
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE 
TÉCNICAS IN SITU Y EX SITU
Alteración de estructura del suelo
Costos económicos
Tiempo de ejecución
Uniformidad de tratamiento
Verificación de su eficacia
Bioventing
En ocasiones las técnicas biotecnológicas se acompañan de otras 
técnicas físicas y químicas para completar el proceso de limpieza
Descontaminación de Suelos
PARÁMETROS CON MAYOR INFLUENCIA
Condiciones aeróbicas: Favorecen la oxidación y la actividad biológica. 
Dependen de la textura del suelo, grado de saturación y condiciones redox.
Condiciones anaeróbicas: Puede degradar algunos contaminantes 
orgánicos (clorados) o impedir la oxidación de algunos minerales (sulfuros 
metálicos).
Agua: Medio de transporte de nutrientes y constituyentes orgánicos (absorción 
– secreción) al interior – exterior de los orgs. 
Nutrientes: Se aplican para favorecer la actividad biológica (algunos metales 
pesados son también micronutrientes). 
pH: Afecta la solubilidad y biodisponibilidad de muchos contaminantes. 
Temperatura: Afecta la actividad biológica (problema en climas fríos). Se 
puede inducir calentamiento controlado. 
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
BIOVENTING
CONCEPTO
Inyección (o extracción) forzada de aire para incrementar la 
concentración de oxígeno y estimular la biodegradación. 
DESCRIPCIÓN
Técnica a medio – largo plazo (meses – años)
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
BIOVENTING
APLICABILIDAD
LIMITACIONES
- Hidrocarburos del petróleo, disolventes no clorados, algunos plaguicidas y otros 
orgánicos (fuels).
- Favorece la degradación de VOCs (compuestos orgánicos volátiles) por la lenta 
migración hacia zonas biológicamente activas del suelo.
- Prometedora para estabilizar o eliminar contaminantes inorgánicos (cambio de 
estado de valencia, cambio en movilidad).
- Zonas saturadas o de baja permeabilidad en el suelo.
- Posible emisión de vapores (control y monitoreo).
- Compuestos clorados (inducir ciclo anaerobio).
- Baja humedad = baja activ. biol. = baja biodegradación.
- Bajas temperaturas = ralentizan (no impiden) la remediación.
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
BIOVENTING
COSTOS
- Tipo y concentración del contaminante, y permeabilidad del suelo.
- Espaciado y nº pozos.
- Tasa de bombeo.
- Tratamiento de gases emitidos.
- Periodicidad del monitoreo.
10 - 70 USD/m3 suelo
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
BIOVENTING
CASO PRÁCTICO
Localidad: Base Fuerzas Aéreas Ogden, Utah (USA)
Origen: Enero 1985, vertido de 102 m3 fuel de avión JP-4
Contaminantes: Hasta 10.200 mg/kg de hidroc. tot. petr. (TPH)
Área contaminada: 1.625 m2 (6.600 m3 suelo)
Tratamiento: BIOVENTING
Duración: 15 meses
Resultado final: TPH < 6 mg/kg (nivel referencia = 38,1 mg /kg)
Costo: 90 USD m3
Observaciones: Suelo muy favorable (arenoso, gravoso)
No se requirió incinerador catalítico de gases
Se extrajeron unos 95.700 kg de contaminante
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
BIORREMEDIACIÓN
CONCEPTO
Estimulación de la actividad de microorganismos del suelo (o 
inoculados) mediante la circulación de soluciones acuosas ricas en nutrientes o 
productos enmendantes y sautradas en oxígeno disuelto.
DESCRIPCIÓN
Técnica a largo plazo (años)
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
BIORREMEDIACIÓN
APLICABILIDAD
- PAHs, non-halog. SVOCs y BTEX (contaminantes no extraíbles por volatilidad )
- Degrada contaminantes orgánicos e inmoviliza los inorgánicos.
- Efectiva en contaminaciones residuales (bajas concentraciones) y tras medidas 
de extracción, limpieza o remoción.
Aeróbica:
Microorgs. + Contaminante = CO2 + H2O + Residuo celular
Anaeróbica:
Contaminantes orgs. = Metano (CO2 + H2O + S- + N2)
(a veces el residuo puede ser más tóxico; ej: TCE = cloruro de vinilo)
Podredumbres blancas (hongos):
Enzimas que degradan lignina. Aplicadas al TNT (laboratorio)
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
BIORREMEDIACIÓN
COSTOS
- Propiedades del suelo
- Potencial de lixiviado del contaminante
- Reactividad química (tendencia a reacciones no biológicas)
- Biodegradabilidad del contaminante
- Riesgo de contaminación de aguas subterráneas(infiltración)
- Bloqueo de pozos de inyección nutrientes (colonización de orgs.)
- Heterogeneidad del suelo (limita su efectividad)
- Altas concentraciones de contaminantes = toxicidad para orgs.
- Se requiere tratamiento del agua extraída. 
30 - 100 USD/m3 suelo
LIMITACIONES
1908 Stormer Demostró la capacidad bacteriana para utilizar
hidrocarburos aromáticos (Bacillus hexacarvorum que
usa Tolueno y Xileno como fuente de carbono).
1913 Söhngen Describió la utilización del benceno por
microorganismos.
1928 Gray & Thorton Demostraron la existencia universal de bacterias de
suelo capaces de metabolizar compuestos aromáticos
como naftaleno, etc.
Después de la segunda guerra mundial comienza un estudio más detallado
1953 Strawissky & 
Stone
Aislan solicilato del sobrenadante de P. aeroginosa
crecidas en naftaleno.
1956 Kitagawua Oxidación progresiva del grupo metilo del tolueno.
1958 Fernley & Evans Algunos avances en la ruta de degradación del naftaleno.
1963 Marr Stone A través de la ruta de trans-dihidrodiol
1967 Dagley & Gibson Fisión meta del anillo.
Cronología
BIORREMEDIACIÓN
1968 Gibson P. Putida que crece en etilbenceno como única fuente de
carbono y energía. Crecidas en tolueno oxidan benceno
y catecol.
70’s Identificación de rutas implicada e intermediarios.
1974 Nasaky Revisión sobre dioxigenasas que catalizan la ruptura
del anillo.
1974-79 Reineke & 
Knakmuss
Trabajos con haloaromáticos.
1984 no ha sido establecida la ruta completa de ningún aromático.
1990 Loyleyd Conergan Primera evidencia concluyente de la degradación
anaeróbica de tolueno.
Cronología
BIORREMEDIACIÓN
Microorganismos con capacidad para degradar compuestos 
xenobióticos e hidrocarburos presentes en la gasolina.
Metabolismo aerobio
1. Pseudomona putida DOT-T1 (Tolueno).
2. Pseudomana sp. (Etilbeceno)
3. Pseudomona putida mt-2 (m-Xileno).
4. Sphingomonas yanoikuyaei B1 (m-Xileno).
5. Bacillus hexacarborum (Tolueno y m-
Xileno).
6. Nocardia sp. ENV 425 (MTEB).
7. Pseudomoa putida CAM (MTBE).
8. Methylobacterium mesophilicum (MTBE).
9. Arthorobacter ilicis (MTBE).
10. Rodococus sp. (MTBE).
11. Acinetobacter calcoaceticus
(Clorobenceno).
12. Pseudomona sp. (Fenol).
13. Pseudomona sp. (TNT).
Metabolismo anaerobio
1. Thauera aromatica (Azoarcus sp. Cepa
T) (Tolueno)
2. Proteobacteria cepa EB1 (Etilbenceno)
BIORREMEDIACIÓN
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
BIOAUMENTACIÓN
CONCEPTO
Introducción en el suelo de organismos seleccionados, adaptados o 
genéticamente modificados para degradar contaminantes específicos.
DESCRIPCIÓN
Técnica a medio - largo plazo (meses - años)
Los tratamientos electroquímicos 
pueden mejorar los resultados
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
BIOAUMENTACIÓN
APLICABILIDAD
- PCP, Lindano, DDT, 2,2-diclorofenol.
- Degrada contaminantes orgánicos e inmoviliza los inorgánicos.
- Descontaminación de campos de batalla (US Dep. Defense).
Organismos más usados:
Hongos: Fusarium oxysporium y Phanerochaete chyrysosoporium.
Bacterias: Pseudomonas cepacia y Pseudomonas putida.
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
BIOAUMENTACIÓN
COSTOS
- Propiedades del suelo (textura, permeabilidad, pH, CO, humedad, nutrientes).
- Propiedades del contaminante (biodegradabilidad, reactividad química, 
solubilidad en agua).
- Riesgo de contaminación de aguas subterráneas (infiltración)
- Texturas finas o suelos heterogéneos (limitan el contacto entre los 
microorganismos y el contaminante)
- Altas concentraciones de contaminantes = toxicidad para orgs.
- Poco efectiva para contaminantes inorgánicos. 
25 - 105 USD/m3 suelo
LIMITACIONES
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
FITORREMEDIACIÓN
CONCEPTO
Proceso que usa plantas para eliminar, transferir, estabilizar y destruir 
contaminantes tanto orgánicos como inorgánicos.
DESCRIPCIÓN
Técnica a largo plazo (años)
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
FITOEXTRACCIÓN (Fitoacumulación)
CONCEPTO
Absorción de contaminantes (inorgánicos o radionucléidos) por 
plantas y traslocación/acumulación en raíz, tallo y/o hojas.
Plantas hiperacumuladoras: > 1000 mg contaminante/kg suelo.
(algunas se usan con fines extractivos, minería (Ni, Cu))
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
FITOEXTRACCIÓN (Fitoacumulación)
Biodisponibilidad:
Alta: Cd, Ni, Zn, As, Se, Cu
Moderada: Co, Mn, Fe
Baja: Pb, Cr, U (EDTA, Ac. Cítrico Δ biodisp.)
Especie
Thlaspi caerulescens
Thlaspi calaminare
Haumaniastrum robertii
Haumaniastrum katangense
Ipomoea alpina
Thlaspi rotundifolum subsp.
Macadamia neutrophylla
Alyssum bertolonii
Berkheya coddii
Psychotria douarrei
Astragalus pattersoni
Iberis intermedia
Atriplex confertifolia
Pteris vittata
Elemento
Cd, Zn
Zn
Co
Cu
Cu
Pb
Mn
Ni
Ni
Ni
Se
Tl
U
As
Conc. (mg/kg)
3000, 10000
10000
10200
8356
12300
8200
55000
13400
17000
47500
6000
3070
100
22000
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
COSTOS
- Profundidad efectiva escasa (< 0,6 m), densidad enraizamiento.
- Lento crecimiento y biomasa escasa en muchos casos.
- Adaptación de las plantas al medio contaminado (tolerancia).
- Dificultad en contaminaciones polielementales (plantas distintas).
- Condiciones climáticas.
15 - 40 USD/m3 suelo
LIMITACIONES
FITOEXTRACCIÓN (Fitoacumulación)
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
FITODEGRADACIÓN (Fitotransformación)
CONCEPTO
Metabolismo o degradación enzimática de contaminantes orgánicos en 
el interior de la planta, transformándolos en no-tóxicos o disminuyendo su 
toxicidad (incluye la fitovolatilización).
Procesos:
- Almacenaje de contaminantes en la planta (lignificación).
- Degradación en CO2 y H2O.
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
FITODEGRADACIÓN (Fitotransformación)
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
COSTOS
- Profundidad efectiva escasa (< 0,6 m), densidad enraizamiento.
- Riesgo de entrada de contaminantes en la cadena trófica.
- Uso de enmendantes o agentes quelantes para favorecer la absorción de los 
contaminantes (lixiviados).
- Está en fase de investigación.
15 - 40 USD/m3 suelo
LIMITACIONES
FITODEGRADACIÓN (Fitotransformación)
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
FITOESTABILIZACIÓN
CONCEPTO
Producción de compuestos químicos por las plantas para inmovilizar 
contaminantes en la interfase suelo – raíz.
Suele aplicarse en sitios moderadamente contaminados, cuando otros métodos de 
remediación fracasan.
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
COSTOS
- Grado de contaminación del suelo.
- Condiciones climáticas adversas.
- Se deben controlar los lixiviados (solubilidad de contaminantes).
- No extrae ni degrada contaminantes, sólo los inmoviliza.
15 - 40 USD/m3 suelo
LIMITACIONES
FITOESTABILIZACIÓN
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
FITOESTIMULACIÓN
CONCEPTO
Degradación de contaminantes orgánicos (plaguicidas, PAHs y 
disolventes orgánicos) en el suelo por mejora de la actividad microbiana en la 
rizosfera (biodegradación por rizosfera mejorada o rizodegradación).
Mecanismos en la rizosfera:
- La exudación de compuestos mejora la activ. microbiana.
- Oxigenación del suelo (transformaciones aeróbicas)
- La biomasa radicular incrementa el CO disponible.
- Las micorrízas (hongos) degradan contaminantes orgánicos.
- Mejora del hábitat para poblaciones microbianas.
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
COSTOS
- Plantas tolerables y con denso sistema radicular.
- Efectiva sólo en sitios con bajo grado de contaminación.
- Está en fase de investigación.
10 – 150 USD/m3 suelo
LIMITACIONES
FITOESTIMULACIÓN
Descontaminación de Suelos – Técnicas in situ
CASO PRÁCTICO
Localidad: Ensign-Bickford Company, Simsbury, Connecticut (USA)
Origen: 1996-97, quema y detonaciones al aire libre (OB/OD)
Contaminantes: Hasta 4.000 mg/kg de Pb (media 635 mg/kg)
Área contaminada: Indeterminada
Tratamiento: Fitoextracción y fitoestabilización (mostaza india y girasol, tres 
tratamientos; en parcelas de experimentación)
Duración:7 meses
Resultado final: Reducción en algunas áreas de 635 a 478 mg/kg
Costo: no especificado
Observaciones: Suelos fertilizados y encalados para ajustar pH
Se instaló un sistema de riego y abonado foliar
En una parcela, la mostaza india llegó a adsorber 
hasta 3252 mg/kg de Pb
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
BIOPILAS
CONCEPTO
Mezcla de suelo contaminados y suelo enmendados, y confinamiento en 
montones estáticos sometidos a aireación (inyección o vacío) y recogida de gases 
y lixiviado para su tratamiento.
DESCRIPCIÓN
Técnica a corto plazo 
(semanas - meses)
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
APLICABILIDAD
- Efectiva para VOCs no halogenados y combustibles; efectividad variable para 
algunos VOCs halogenados, SVOCs y plaguicidas.
- Incrementa la biodegradación favoreciendo las condiciones de humedad, 
temperatura, nutrientes, oxígeno y pH.
- Impermeabilización completa de la pila (acompañar con técnicas de recogida y 
tratamiento de gases y lixiviados).
BIOPILAS
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
COSTOS
130 - 260 USD/m3 suelo
BIOPILAS
LIMITACIONES
- Excavación del suelo = riesgo de liberación de VOCs.
- Test previos de biodegradación del contaminante (cálculo de tasas de 
aireación y nutrientes).
- Poco efectiva en compuestos halogenados y explosivos.
- Uniformidad cuestionable (proceso estático, no mezcla periódica).
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
CASO PRÁCTICO
Localidad: U.S. Army Fort Greely, Alaska (USA)
Origen: Excavaciones en zonas de almacenaje (1991 – 1993)
Contaminantes: SVOCs, VOCs, Fuels, BTEX (hasta 3000 mg/kg gasolinas y 20,2 
mg/kg BTEX)
Volumen suelo : 15710 m3 filtrado y lavado, 13000 m3 tratado.
Tratamiento: Fase I: Filtrado y lavado; Fase II: Biopilas; Fase III: procesado de 
contaminantes.
Duración: 3 años
Resultado final: Fuels < 100 mg/kg; BTEX < 10 mg/kg; (descenso medio del 
85%) y > 95% en VOCs y SVOCs.
Costo: Fase I: 26 $ m3; Fase II: 39 $ m3; Fase III: 22 $ m3.
Observaciones: Tratamiento combinado y con mezcla periódica.
BIOPILAS
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
COMPOSTAJE
CONCEPTO
Mezcla de suelo contaminado con materiales porosos y enmiendas 
orgánicas (serrín, paja, estiércol, restos vegetales) con el fin de promover la 
biodegradación (incremento de temperatura).
Técnica a corto plazo (semanas - meses)
DESCRIPCIÓN
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
APLICABILIDAD
- Explosivos y PAHs.
- Mantener condiciones de oxidación (aireación), humedad (irrigación) y 
temperatura (54 – 65 ºC)
- Métodos de aireación:
· Mezcla mecánica de montones (la más usada)
· Estática, inyección o bombeo en pilas.
· Agitación mecánica en contenedores.
- Controlar la emisión de VOCs y SVOCs.
COMPOSTAJE
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
COSTOS
150 – 180 – 220 USD/m3 suelo
Mezcla mecánica – Estática – Agitación mecánica
LIMITACIONES
- Requiere espacios grandes para su aplicación.
- La excavación del suelo puede liberar VOCs. 
- Incremento importante de volumen (mats. enmendantes añadidos).
COMPOSTAJE
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
CASO PRÁCTICO
Localidad: Dubose Oil Product Co. Cantonment, Florida (USA)
Origen: Lugar de tratamiento y reciclaje residuos (1993 – 1994)
Contaminantes: SVOCs (PAH), VOCs, BTEX (hasta 38,3 mg/kg VOCs, 576 mg/kg 
PAHs y 160 mg/kg PCP)
Volumen suelo : 35400 m3 excavados, 12000 m3 tratados.
Tratamiento: Compostaje, con recogida y tratamiento de lixiviados, inyección 
de aire e inoculación de nutrientes y humedad.
Duración: 1 año (cada tanda (1300 m3 máximo) hasta 30 días)
Resultado final: Limpieza de todos los contaminantes por debajo de los límites 
legales (PAH < 50 mg/kg; PCP < 37 mg/kg).
Costo: 644 $ m3 (total de operaciones, incluido el compostaje).
Observaciones: Tiempo estimado del compostaje, 7 meses.
COMPOSTAJE
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
LANDFARMING
CONCEPTO
Disposición del suelo contaminado en capas lineales y remoción 
periódica para favorecer la aireación, también se mejoran las condiciones para 
estimular la biodegradación (humedad, nutrientes, etc.)
Técnica a medio - largo plazo (meses - años)
DESCRIPCIÓN
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
APLICABILIDAD
- Hidrocarburos del petróleo (no VOCs), Combustibles, PCP y algunos plaguicidas.
- Degrada, transforma e inmoviliza contaminantes.
- Recogida y tratamiento de escorrentías y lixiviados.
LANDFARMING
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
COSTOS
150 USD/m3 suelo
LIMITACIONES
- Requiere espacios grandes para su aplicación.
- La excavación del suelo puede liberar VOCs. 
- Incremento importante de volumen (mats. enmendantes añadidos).
LANDFARMING
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
CASO PRÁCTICO
Localidad: Wood Pole Storage Area Vancouver, Washington (USA)
Origen: Tratamiento y secado de residuos (desde 1939)
Contaminantes: HPAHs (High molecular weight) y PCP (hasta 1500 mg/kg HPAHs
y 500 mg/kg PCP)
Volumen suelo : 3030 m3 tratados.
Tratamiento: Cuatro series de tratamientos: Oxidación UV, peróxido, etanol 
(acondicionamiento y mejora) y nutrientes (biorremediación).
Duración: 15 meses (tratamiento medio por capa, 84 días)
Resultado final: Disminución media de la contaminación en un 80% (HPAH < 22 
mg/kg; PCP < 21).
Coste: 357 $ m3 (total de operaciones).
Observaciones: La solución nutritiva a base de harina de pescado, alimentaba 
los microorgs. pero éstos no degradaban contaminantes, se sustituyó por un 
fertilizante nitrogenado.
LANDFARMING
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
LODOS
CONCEPTO
Mezcla de suelos contaminados con lodos, agua y aditivos, para 
favorecer la biodegradación al incrementar el contacto entre los microorganismos 
y el contaminante, dentro de un “bioreactor”.
Técnica a corto - medio plazo (semanas - meses)
DESCRIPCIÓN
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
APLICABILIDAD
- Explosivos, PAHs, plaguicidas (primer tratamiento de SVOCs y VOCs al excavar un 
suelo).
- Biorreactores secuenciales aeróbicos/anaeróbicos, mejoran la remediación de 
PCB, algunos SVOCs halogenados y explosivos.
- 1º Tamizar suelo; 2º Mezclar suelo con agua, arena y lodo; 3º Añadir oxígeno y 
nutrientes (a veces tb. microorgs.) 4º Filtrado y secado del suelo y tratamiento de 
resíduos.
LODOS
Descontaminación de Suelos – Técnicas ex situ
COSTOS 160 - 210 USD/m3 suelo
LIMITACIONES
- Tamizado previo del suelo (caro).
- Problemática en suelos heterogéneos y arcillosos. 
- Filtrado y secado del suelo y tratamiento posterior de los contaminantes 
(caro).
LODOS
Descontaminación de Suelos – Técnicas biotecnológicas
COMPARATIVA DE MÉTODOS
Descontaminación de Suelos – Técnicas biotecnológicas
COMPARATIVA DE MÉTODOS
Las más usadas:
In situ: Bioventing y Fitorremediación; Ex situ: Landfarming
Biosensores y sus aplicaciones 
ambientales
Que es un biosensor?
Es instrumento para la medición de parámetros 
biológicos o químicos. Suele combinar un 
componente de naturaleza biológica y otro físico 
químico.
"Biosensor": cualquier dispositivo que utiliza reacciones 
bioquímicas específicas para detectar compuestos químicos 
en muestras biológicas.
Definición actual: Un sensor que integra un elemento 
biológico con un transductor fisicoquímico para producir 
una señal electrónica proporcional a un solo analito que 
luego se transmite a un detector.
Componentes de un Biosensor
Detector
Padre de los biosensores
Professor Leland C Clark Jnr
1918–2005
• 1916 First report on immobilization of proteins: adsorption of
invertase on activated charcoal
• 1922 First glass pH electrode
• 1956 Clark published his definitive paper on the oxygen
electrode.
• 1962 First description of a biosensor: an amperometric
enzyme electrodre for glucose (Clark)
• 1969 Guilbault and Montalvo – First potentiometric
biosensor:urease immobilized on an ammonia
electrode to detect urea
• 1970 Bergveld – ion selective Field Effect Transistor(ISFET)
• 1975 Lubbers and Opitz described a fibre-optic sensor with
immobilised indicator to measure carbon dioxide or
oxygen.
Historia de los Biosensores
• 1975 First commercial biosensor ( Yellow springs
Instruments glucose biosensor)
• 1975 First microbe based biosensor, First immunosensor
• 1976 First bedside artificial pancreas (Miles)
• 1980 First fibre optic pH sensor for in vivo blood gases
(Peterson)
• 1982 First fibre optic-based biosensor for glucose
• 1983 First surface plasmon resonance (SPR)
immunosensor
• 1984 First mediated amperometric biosensor:
ferrocene used with glucose oxidase for glucose
detection
Historia de los Biosensores
• 1987 Blood-glucose biosensor launched by
MediSense ExacTech
• 1990 SPR based biosensor by Pharmacia BIACore
• 1992 Hand held blood biosensor by i-STAT
• 1996 Launching of Glucocard
• 1998 Blood glucose biosensor launch by LifeScan
FastTake
• 1998 Roche Diagnostics by Merger of Roche and
Boehringer mannheim
• Current Quantom dots, nanoparicles, nanowire,
nanotube, etc
Historia de los Biosensores
Criterios de clasificación de los 
biosensores
Tipo de interacción Definición de la interacción
Biocatalítica Directa 
Bioafinidad Indirecta 
Elemento de reconocimiento Sistema de transducción
Enzima Electroquímico 
Tejido o célula Óptico 
Anticuerpo Termométrico 
Ácidos nucleídos Nano mecánico
Características de Biosensores
• Alta sensibilidad: Valor de la respuesta del electrodo por 
concentración de sustrato.
• Alta selectividad: Las interferencias químicas deben minimizarse para 
obtener el resultado correcto.
• Tiempo de vida. 
• Tiempo de análisis: Tiempo necesario para tener el 95% de la 
respuesta.
• Bajo costo.
Biosensor
Analito
Manejo de 
muestras/ 
preparación
Detección
Señal
Análisis
Respuesta
1. El analito (¿Qué se quiere detectar?) 
Molécula: proteína, toxina, péptido, vitamina, azúcar, ión 
metálico.
2. Manejo de la muestra (¿Cómo entregar el analito a la 
región sensible?) 
(Micro) fluídicas – Aumento/disminución de la 
concentración), Filtración/selección
Biosensor
4. Señal
(¿Cómo se sabe que hubo una detección?)
3. Detección/Reconocimiento
(¿Cómo se reconoce específicamente el analito?)
Biosensor
Ejemplos de biosensores
Prueba de embarazo
Detecta la proteína hCG en la 
orina.
Dispositivo de control de glucosa (para 
pacientes con diabetes)
Controla el nivel de glucosa en la sangre.
Biosensor de enfermedades 
infecciosas por RBS.
Antiguo biosensor de los mineros del 
carbón.
Ejemplos de biosensores
Biosensores de investigación
Biacore Biosensor platform
Tipos de Biosensores
1. Biosensor Calorimétrico
2. Biosensor potenciométrico
3. Biosensor amperométrico
4. Biosensor óptico
5. Biosensor piezoeléctrico
Biosensores piezoeléctricos
El cambio en la frecuencia es proporcional a la 
masa de material absorbido.
Los dispositivos piezoeléctricos usan oro para
detectar el ángulo específico en el que se emiten las
ondas de electrones cuando la sustancia está
expuesta a la luz láser o cristales, como el cuarzo,
que vibran bajo la influencia de un campo eléctrico.
Biosensores electroquímicos
Para corriente aplicada: movimiento de e- en reacciones
redox detectadas cuando se aplica un potencial entre 
dos electrodos.
Biosensores potenciométricos
Para voltaje: el cambio en la distribución de la carga se
detecta utilizando electrodos selectivos de iones, como
los medidores de pH.
Biosensores ópticos
•Colorimétrico para el color.
Medir el cambio en la adsorción de luz
•Fotométrico para intensidad de luz.
La salida de fotones para un proceso luminiscente o 
fluorescente se puede detectar con tubos 
fotomultiplicadores o sistemas de fotodiodos.
Biosensores calorimétricos
Si la reacción catalizada por enzimas es exotérmica,
dos termistores pueden ser usados para medir la 
diferencia de resistencia entre reactivo y producto y, por 
tanto, la concentración de analito.
Biosensor de ADN electroquímico
Pasos implicados en los biosensores de hibridación de 
ADN electroquímicos:
- Formación de la capa de reconocimiento de ADN.
- Evento de hibridación real.
- Transformación del evento de hibridación en una señal 
eléctrica.
Motivado por la aplicación al diagnóstico clínico y 
detección de mutaciones genómicas.
Tipos de Biosensores de ADN:
• Electrodos
• Chips
• Cristales
Biosensor de ADN
Resumiendo…
Importancia de los biosensores y sus 
aplicaciones ambientales
Actualmente se utilizan en aplicaciones de control ambiental:
Control ambiental:
• Detección de tóxicos 
• Demanda bioquímica de oxigeno 
• Detección de plaguicidas 
Policial:
• Identificación de explosivos 
• Drogas 
Aplicaciones clínicas :
• Detección de indicadores de cáncer 
• Diagnostico y control de enfermedades infecciosas 
• Control de alteraciones cardiacas.
Implementados en sistemas de seguridad 
ambiental
Los biosensores han sido integrados a los programas de control de 
contaminantes, implementándolos en sistemas de seguridad ambiental en 
dos formas: 
• Métodos de seguimiento: capases de predecir el posible peligro 
de efectos biológicos como toxicidad, pueden medir una gran cantidad 
de contaminantes en cortos lapsos de tiempo. 
• Métodos de cribado (screening):
Sirven como alerta de presencia de algún compuesto contaminante.
Seguridad en biotecnología
Los microorganismos se clasifican según el riesgo de causar daños a la
comunidad y a los profesionales que trabajan con ellos. Los criterios
fundamentales son la patogenicidad para el hombre, la virulencia, el modo de
transmisión, la endemicidad y la existencia o no de medidas preventivas y un
tratamiento terapéutico eficaz.
Bioseguridad y Bioprotección
Se definen cuatro grupos de riesgo:
Grupo 1. Bajo riesgo individual y colectivo. Microorganismos que nunca
fueron descritos como agentes causales de enfermedades para el hombre y
que no constituyen ningún riesgo para el medioambiente. Ejemplos: Bacillus
cereus, Bacillus subtilis, Escherichia coli (algunas cepas).
Grupo 2. Riesgo individual moderado, riesgo colectivo limitado. 
Microorganismos que pueden causar enfermedades en el hombre, con poca 
probabilidad de alto riesgo para los profesionales del laboratorio. Ejemplos:
Salmonella, Toxoplasma, virus del sarampión, virus de la hepatitis B.
Grupo 3. Riesgo individual elevado, riesgo colectivo bajo. Microorganismos
que pueden causar enfermedades graves a los profesionales del laboratorio.
Ejemplos: Mycobacterium tuberculosis y VIH.
Grupo 4. Serio riesgo para los profesionales del laboratorio y para la
comunidad. Microorganismos que causan enfermedades graves para el hombre.
Ejemplos: virus Ébola, virus Marburg.
Bioseguridad y Bioprotección
A cada uno de los grupos anteriores le corresponden normas estrictas
de bioseguridad, que abarcan desde la arquitectura del laboratorio y las
características de los equipamientos, hasta las precauciones que deben
tomar los profesionales y la forma en que se descartan los desechos.
Los microorganismos genéticamente modificados se clasifican en función
del grupo de riesgo al que pertenecen las cepas donantes y receptoras.
Según la Organización Mundial de la Salud, el término bioseguridad
abarca los principios, técnicas y prácticas necesarias para evitar la exposición
accidental a patógenos y toxinas, o su liberación accidental. El concepto más
reciente de bioprotección (o biocustodia) se refiere a las medidas de protección
de la institución y del personal, destinadas a evitar el riesgo de pérdida,
robo, uso incorrecto, desvíos o liberación intencional de patógenos y toxinas
(bioterrorismo).
Gabinete de bioseguridad Clase 2
Gabinete de bioseguridad Clase 3