Desarrollo de bioensayos para el seguimiento toxicológico de procesos de tratamientos de aguas

Abstract

A partir de los años 70 empezaron a desarrollarse nuevos estudios en laboratorios basados en el análisis de la relación entre la contaminación y los cambios biológicos que ésta pueda ocasionar sobre el medio ambiente, debido al gran riesgo de contaminación de las aguas provocadas por el desarrollo industrial y científico. Habitualmente, para llevar a cabo estos experimentos, se han empleado distintos niveles de organismos desde bacterias hasta mamíferos, que se han expuesto a la acción de las distintas sustancias (por suspensión acuosa, ingestión¿), constituyendo lo que se conoce como bioensayo. En este proyecto se han utilizado dos tipos de bioensayos basados en diferentes organismos. El primero de ellos es una técnica comercial basada en la utilización de bacterias luminiscentes de la especie Vibrio fischeri, mientras que el segundo es una técnica recientemente desarrollada en la Universidad Rey Juan Carlos basada en la actividad metabólica de esporas de helecho de la especie Polystichum setiferum. Ambos bioensayos se han aplicado a la determinación de la toxicidad de aguas con dos contaminantes modelo de distinta naturaleza, muy comunes en la industria química, como son el fenol y el cianuro. La elección de estas sustancias se debe a su diferente mecanismo de acción sobre los organismos, lo que permitirá generalizar en cierta medida las conclusiones obtenidas. La primera parte de este trabajo está enfocado a la determinación de los valores de toxicidad aguda de ambas sustancias con el bioensayo con bacterias luminiscentes utilizando un cultivo propio propagado en el laboratorio, así como con el bioensayos con esporas de helecho, con el objetivo de comparar los resultados obtenidos con los valores de referencia publicados en la bibliografía para el ensayo comercial. El efecto tóxico de las aguas puede ser calculado registrando el descenso en la emisión de luz de las bacterias, proporcional a la concentración de agente tóxico presente en el agua. Por otro parte, la medida de toxicidad del bioensayo con esporas de helecho se obtiene registrando el descenso en la actividad mitocondrial debido al efecto del agente tóxido sobre una complejo NADH reductasa, una de las enzimas fundamentales de la cadena de transporte de electrones. Los resultados obtenidos muestran que ambos bioensayos son sensibles a ambos agentes contaminantes ya que se observa en ambos un efecto tóxico evaluable. Las esporas de helecho son mucho más resistentes que las bacterias, probablemente debido a que sus mecanismos de defensa contra este tipo de contaminantes están más evolucionados. Dentro de las dos modalidades de bioensayo con bacterias, se observa que las procedentes de un cultivo propagado aclimatado al laboratorio son menos sensibles que las muestras comerciales liofilizadas, probablemente debido a que estás últimas están sometidas al estres producido por el proceso de reconstitución del liófilo. Por lo tanto estos ensayos pueden considerarse complementarios, ya que debido a su diferente sensibilidad de forma conjunta son capaces de cubrir un estudio toxicológico dentro de intervalo amplio de concentraciones de agente tóxico en el agua. La segunda parte del trabajo está centrada en la aplicación de estos bioensayos como herramientas para el seguimiento toxicológico de procesos de tratamiento de aguas contaminadas. Para ellos se han llevado a cabo experimentos de degradación fotocatalítica de aguas contaminadas con fenol y cianuro, tomando muestras a diferentes tiempos para determinar si la desaparición de los contaminantes originales se traduce en la reducción de toxicidad de las aguas. En el caso del cianuro, las muestras recogidas según transcurre el tiempo de tratamiento van siendo cada vez menos tóxicas, lo que significa que el cianuro se va transformando en otros productos de menor toxicidad. Sin embargo, en el tratamiento de aguas contaminadas con fenol sucede lo contrario, registrándose un aumento de toxicidad durante las primeras horas de reacción, debido a que los principales intermedios de degradación presentan una toxicidad aún más alta, para dar lugar a tiempos suficientemente elevados, a unos productos que si tendrán menor toxicidad que el fenol. Como conclusión general, este estudio indica que es necesario hacer un seguimiento toxicológico de los procesos de tratamientos de aguas, ya que para asegurar la calidad del agua, no sólo es necesario reducir el contaminante original, sino que además es obligatorio asegurarse de que este se transforma en compuestos menos tóxicos que el de partida. Para ello, es necesario disponer de una batería de bioensayos que permitan cubrir un intervalo de concentraciones suficientemente amplio, siendo la combinación de técnicas propuesta en este trabajo una alternativa viable con importantes ventajas a nivel de laboratorio.