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Datos Generales
Estudio y reconocimiento de óxidos de hierro generados por bacterias
Nombre del
magnetotácticas en la región de Sugamuxi con perspectivas de uso como
Proyecto
absorbentes y filtros de contaminantes
Semillero
INGENIERIA GEOLOGICA UPTC
Área del
Proyecto
Ciencias Exactas y de la Tierra
Subárea del
Geociencias
Proyecto
Tipo de
Proyecto
Proyecto de Investigación
Subtipo de
Proyecto
Investigación en Curso
Grado
OCTAVO SEME
Programa
Académico
INGENIERIA
GEOLOGICA
Email
jhonathan.diaz@uptc.edu.co
Teléfono
3107589150
Nodo
Boyacá
Integrantes :
[1056801172-MONICA DEL PILAR ALFONSO PEREZ]
[1057596877-JHONATHAN ANDRES DIAZ ALARCON]
Instituciones a las que pertenece :
[891800330-UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA]
Datos Específicos del Proyecto
Introducción
Las bacterias magnetotácticas (MTBs) son organismos capaces de orientarse a favor del campo
magnético terrestre gracias a los magnetosomas, organelos capaces de retener partículas de
elementos ferromagnéticos y sintetizarlas formando cristales de magnetita o greigita
(dependiendo de las concentraciones de óxidos o sulfuros respectivamente), a través de un
proceso llamado biomineralización, dichos organismos fueron documentados por primera vez
por el italiano Dr. Salvatore Bellini del Institut de microbiología de la Universidad de Pavia [1].
Estos organismos se encuentran habitualmente en el sedimento del fondo de mares y lagos a
distintas profundidades, principalmente en cercanías a la barrera óxica-anóxica (ZTOA) de una
columna de agua, esto debido a las bajas cantidades de oxigeno que requiere su subsistencia.
Adicionalmente, las MTBs participan en cierta medida en los ciclos geoquímicos globales de
elementos como Carbono, oxigeno, azufre y hierro. Investigaciones alrededor del mundo han
comprobado que estos organismos son capaces de aislar metales pesados en aguas contaminadas
o aguas residuales que necesitan tratamiento para minimizar el impacto ambiental y que no sea
un foco de contaminación para otras fuentes hídricas [2]. El método biomagnético por medio de
bacterias es capaz de retener partículas nanométricas, lo cual garantiza una mayor eficacia con
respecto a otros métodos. El propósito de esta investigación es reconocer las áreas que cumplen
las condiciones para el desarrollo de las MTBs en la región, además la posibilidad de explorar
formas más óptimas para su cultivo en laboratorio con el fin de emplearlas en métodos de
tratamientos de aguas contaminadas por lixiviación de minerales ferromagnéticos. Suponiendo
la efectividad del método, se pretende diseñar un plan de remediación de las fuentes
Planteamiento del Problema
En la actualidad la población mundial está duplicándose en periodos de tiempo reducidos, lo
cual supone una preocupación inminente al analizar métodos para cubrir la demanda de agua
apta para consumo humano, salud y la industria; esto unido a la elevada explotación del recurso
hídrico para diferentes aplicaciones, con baja o ninguna inversión en prevención y remediación
en los daños ambientales. Todo esto está promoviendo un impacto socioeconómico al cual se le
debe encontrar una solución eficiente a corto plazo. Desde el puno de vista de esta propuesta,
hay que tener en cuenta que las partículas de óxidos de hierro de muchos ambientes se
caracterizan, por ser de mínimo tamaño y tener, por tanto, una alta relación superficie/masa, es
decir, alta superficie especifica. Además, las superficies de los distintos óxidos presentan
variables proporciones de cargas negativas y positivas derivadas del mayor o menor grado de
protonacion de sus iones oxígeno. Estas dos circunstancias hacen que los óxidos de hierro sean
de uno de los grupos de minerales más reactivos de suelos, sedimentos y de aquellos materiales
en suspensión coloidal en masas de agua. Así, intervienen activamente en la adsorción de
cationes, aniones y moléculas. Entre los metales y metaloides considerados como contaminantes
comunes y que son capaces de interaccionar con los óxidos de hierro se encuentran, el arsénico,
cadmio, cobre, cromo, mercurio, plata, plomo, níquel, estaño, selenio, talio y zinc. En la
actualidad, los óxidos de hierro, procedentes bien sea de fuentes naturales, o procedentes de
síntesis, constituyen una útil herramienta para depurar las aguas de algunos contaminantes,
como es el conocido caso de las aguas ricas en arsénico de Bangladés[3]. Contrapartida evidente
a este hecho es la capacidad de transporte de contaminantes cuando los óxidos de hierro se
encuentran en forma de partículas coloidales y suspendidas en el agua.
Objetivo General
Desarrollar un método sustentable de tratamiento de aguas y suelos contaminados con metales
pesados a través de biorremediación usando bacterias magnetotácticas. ESPECÍFICOS
Objetivo Específicos
Reconocer y ubicar las zonas en la región de Sugamuxi aptas para la subsistencia de las colonias
de MTBs. ? Caracterizar mediante técnicas de microscopía y análisis multielemental la
morfología y composición química de las bacterias encontradas. ? Realizar análisis
hidrogeoquímicos en las fuentes superficiales de agua para reconocer la concentración de los
contaminantes presentes.
Referente Teórico
Las investigaciones de bacterias magnetotácticas en el ámbito internacional han comprobado
que estos organismos son capaces de aislar metales pesados en aguas contaminadas o aguas
residuales que necesitan tratamiento para minimizar el impacto ambiental y que no sea un foco
de contaminación para otras fuentes hídricas,[5] donde relacionan los procesos normales de
MTBs a absorción de metales, logrando aislar partículas manométricas de distintos minerales
con infinidad de aplicaciones ya sea en el campo médico, tecnológico, aeroespacial, etc[5][10]
Una forma de estudiar y ponderar el riesgo para la salud de las especies en general, es en
estudios ambientales, ya que permite estimar el riesgo por exposición a diferentes matrices (de
alimentos y de factores ambientales, entre otras), se deben identificar las posibles fuentes de
contaminación y las rutas de exposición, que son las formas en que la población ingiere el
contaminante: por vía oral [7]. En el ámbito nacional se han realizado algunas investigaciones
acerca de la síntesis de nanominerales en MTBs, se limitan a estudios de cristalización a nivel
nano de cristales de magnetita y greigita[6], uno de ellos fue realizado por científicos de la
Universidad Tecnológica de Pereira, quienes evaluaron metodologías para la obtención de altas
concentraciones de MTBs a través de distintas clases de cultivo, ello con el fin de sintetizar
nano magnetita para uso en biomedicina y nanotecnología. El área de estudio comprendía las
represas de la Fe y el Peñol, ubicadas en el departamento de Antioquia- Colombia. La magnetita
es ferrimagnética a temperatura ambiente, es decir, el alineamiento de los espines electrónicos
es antiparalelo, lo que hace que el momento magnético de los espines sea diferente y crea un
momento magnético neto.[9] El papel de los microorganismos en los procesos geológicos es un
campo de investigación de interés creciente, desarrollado de manera espectacular en las últimas
décadas y que ha dado lugar al surgimiento de la Geomicrobiología como nueva área científica.
Entre los diversos aspectos de investigación que incluye están la biomineralización bacteriana y
la participación de los microorganismos en la precipitación y disolución de minerales, la
movilización de cationes, la fijación de metales y radio nucleídos, etc. debido a la índole de los
procesos que estudia.[7][8]
Metodología
Se requiere la extracción de MTBs de la región, las cuales ya están relacionadas con el medio y
suponen un mayor grado de éxito con respecto a organismos externos. Actualmente, no existe
un procedimiento definido para evaluar la capacidad de MTBs en la absorción de metales
pesados en aguas contaminadas, sin embargo, se pretende implementar modelos de cultivo de
MTBs descritos con alto grado de detalle por Wajnberg [4]. Sin embargo, se requiere realizar
adaptaciones del método para ser aplicados a nivel local, esto supone una fase de
experimentación y evaluación. Por otra parte la investigación también se llevará a cabo con una
metodología empírica, puesto que se realizará la toma de muestras en lugares que representan
focos de importancia a nivel local, así como la comparación de comportamientos en distintas
condiciones. Se realizará un recorrido integral para establecer zonas de muestreo. Se registrarán
los análisis hidrogeoquímicos de las muestras y se evaluaran las calidades a medida que
interactúan con las bacterias. El procedimiento abarca los siguientes temas: ? Identificación del
equipo de muestreo y reactivos ? Equipo de protección personal (botas, guantes, gafas,
salvavidas). Las muestras deben ser tomadas de la inter-fase agua-sedimento correspondiente a
cada sitio de muestreo es necesario ubicar la profundidad a la que se encuentra la barrera óxicaanóxica, para ello se requiere un oxímetro o kit de oxígeno disuelto. La toma de muestras
requiere frascos de vidrio estériles de 600mL. Las muestras se trasportaron al laboratorio en
nevera portátil de icopor, se almacenarán por 4 semanas a temperatura ambiente, tapa
entreabierta y luz tenue, para suprimir organismos fotótrofos y permitir aireación y formación
de una ZTOA en las muestras. Además, se medirán parámetros físico ? químicos de pH y Eh,
empleando un pH-metro y Eh-metro, concentración de oxígeno disuelto (OD), concentración de
Fe total, Fe2+, Fe3+ (método 3500 Fe B. Colorimétrico ? Fenantrolina) y sulfatos (método
Normalizado 4500 SO4 2- E. método turbidimétrico) según el Stándart Methods, 2002 para el
análisis de aguas, utilizando un espectrofotómetro de barrido. Posteriormente se requiere el uso
de un microscopio óptico para identificar las bacterias y posteriormente el uso de electrodos
para aislarlas de otro tipo de organismos. A continuación, se requiere realizar el cultivo de los
especímenes, se desarrollaran técnicas naturales y de enriquecimiento. Para ello se necesitan
una serie de reactivos como FeCl3; ácido ascórbico, complejos vitamínicos y minerales en
concentraciones menores al 1% como Fe, Zn, Co, Ni entre otros. Se requiere el uso de un
medidor de pH, para registrar los cambios en las condiciones iniciales. Los resultados se deben
incluir en una base de datos. Esto facilitará la aplicación de técnicas estadísticas con el fin de
interpolar los resultados para generar un modelo de comportamiento a largo plazo.
Resultados
Los resultados contribuyen a un mejor conocimiento y comprensión de la migración y la
inmovilización de metales pesados en el medio acuático y multicomponente de los ecosistemas.
Las áreas potenciales de la futura aplicación de este conocimiento son varios, incluyendo temas
de contaminación por metales pesados, aprovechamiento de fuentes hídricas alternas, manejo y
disposición final de aguas residuales en el medio ambiente, así como monitoreo ambiental y
remediación. Mediante esta investigación se espera que se realicen trabajos de aplicación de
este método de descontaminación a escala mayor y que se haga una abstracción mayor a la
temática.
Conclusiones
B. S, ?Ulteriori studi sui ?batteri magnetosensibili? (Further studies on magnetosensitive
bacteria,? Inst. Microbiol., 1963. [2] D. B. Shüler D., ?Techniques for studying uncultured and
cultured magnetotactic bacteria.,? Am. Soc. Microbiol., pp. 1129?1136, 2009. [3] Jose Luis
Serrano, ?Contaminación por arsénico en Bangladesh,? El alquimista ingeniero, 2013. [Online].
Available: https://alquimistaingeniero.wordpress.com/2013/12/11/contaminacion-por-arsenicoen-bangladesh/. [4] E. Wajnberg, L. H. S. de Souza, H. G. P. L. de Barros, and D. M. S.
Esquivel, ?A Study of Magnetic Properties of Magnetotactic Bacteria,? Biophys. J., vol. 50, no.
3, pp. 451?455, 1986.
Bibliografía
B. S, ?Ulteriori studi sui ?batteri magnetosensibili? (Further studies on magnetosensitive
bacteria,? Inst. Microbiol., 1963. [2] D. B. Shüler D., ?Techniques for studying uncultured and
cultured magnetotactic bacteria.,? Am. Soc. Microbiol., pp. 1129?1136, 2009. [3] Jose Luis
Serrano, ?Contaminación por arsénico en Bangladesh,? El alquimista ingeniero, 2013. [Online].
Available: https://alquimistaingeniero.wordpress.com/2013/12/11/contaminacion-por-arsenicoen-bangladesh/. [4] E. Wajnberg, L. H. S. de Souza, H. G. P. L. de Barros, and D. M. S.
Esquivel, ?A Study