La micorremediación (del griego antiguo μύκης (mukēs) , que significa "hongo" y el sufijo -remedium , en latín que significa "restablecimiento del equilibrio") es una forma de biorremediación en la que se utilizan métodos de remediación basados en hongos para descontaminar el medio ambiente . [1] Se ha demostrado que los hongos son una forma económica, eficaz y ecológica de eliminar una amplia gama de contaminantes de entornos dañados o aguas residuales . Estos contaminantes incluyen metales pesados , contaminantes orgánicos, tintes textiles , curtido de cuero.productos químicos y aguas residuales, combustibles derivados del petróleo, hidrocarburos aromáticos policíclicos , productos farmacéuticos y de cuidado personal, pesticidas y herbicidas [2] en entornos terrestres, de agua dulce y marinos. Los subproductos de la remediación pueden ser materiales valiosos en sí mismos, como enzimas (como lacasa [3] ), hongos comestibles o medicinales [4], 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 son inutilizables debido a las condiciones extremas. Mycoremediation incluso se puede utilizar para la gestión de incendios con el método de encapsulación. Este proceso consiste en utilizar esporas de hongos recubiertas de agarosa en forma de gránulos. Este gránulo se introduce en un sustrato en el bosque quemado, descomponiendo las toxinas del medio y estimulando el crecimiento. [5]
Contaminantes
Los hongos, gracias a sus enzimas inespecíficas, son capaces de descomponer muchos tipos de sustancias, incluidos productos farmacéuticos y fragancias, que normalmente son recalcitrantes a la degradación bacteriana [6] , como el paracetamol . Por ejemplo, utilizando Mucor hiemalis , [7] la descomposición de productos que son tóxicos en el tratamiento tradicional del agua, como fenoles y pigmentos de aguas residuales de destilería de vino , [8] agentes de contraste de rayos X e ingredientes de productos de cuidado personal, [9 ] se puede descomponer de forma no tóxica.
Mycoremediation es un método de reparación más económico y, por lo general, no requiere equipos costosos. Por esta razón, se utiliza a menudo en aplicaciones de pequeña escala, tales como mycofiltration de doméstico de aguas residuales , [10] y la filtración de efluentes industriales. [11]
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. [12]
Rieles
La contaminación por metales es muy común, ya que se utilizan en muchos procesos industriales como galvanoplastia , textiles , [13] pintura y cuero . Las aguas residuales de estas industrias se utilizan a menudo para fines agrícolas, por lo que, además del daño inmediato al ecosistema en el que se derrama, los metales pueden ingresar a criaturas lejanas y humanos a través de la cadena alimentaria. Mycoremediation es una de las soluciones más económicas, eficaces y respetuosas con el medio ambiente para este problema. [14] Muchos hongos son hiperacumuladores , por lo que pueden concentrar toxinas en sus cuerpos fructíferos para su posterior eliminación. Esto suele ser cierto para las poblaciones que han estado expuestas a contaminantes durante mucho tiempo y han desarrollado una alta tolerancia. La hiperacumulación ocurre por biosorción en la superficie celular, donde los metales ingresan al micelio de forma pasiva con muy poca captación intracelular. [15] Una variedad de hongos, como Pleurotus , Aspergillus , Trichoderma ha demostrado ser eficaz en la eliminación de plomo , [16] [17] cadmio , [17] níquel , [18] [17] cromo , [17] mercurio , [19] arsénico , [20] cobre , [16] [21] boro , [22] hierro y zinc [23] en ambientes marinos , aguas residuales y en tierra . [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23]
No todos los individuos de una especie son efectivos de la misma forma en la acumulación de toxinas. Los individuos individuales generalmente se seleccionan de un ambiente contaminado más antiguo, como lodos o aguas residuales, donde tuvieron tiempo de adaptarse a las circunstancias, y la selección se lleva a cabo en el laboratorio [ cita requerida ] . Una dilución del agua puede mejorar drásticamente la capacidad de biosorción de los hongos. [24]
La capacidad de ciertos hongos para extraer metales del suelo también puede ser útil para propósitos de bioindicadores y puede ser un problema cuando el hongo es de una variedad comestible. Por ejemplo, la capa de tinta peluda ( Coprinus comatus ), un hongo comestible común que se encuentra en el hemisferio norte, puede ser un muy buen bioindicador de mercurio. [25] Sin embargo, como el tapón de tinta peludo acumula mercurio en su cuerpo, puede ser tóxico para el consumidor. [25]
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 sobre una recuperación del 80% de oro a partir de desechos electrónicos utilizando técnicas de micofiltración . [26]
Contaminantes orgánicos
Los hongos se encuentran entre los organismos saprotróficos primarios de un ecosistema , ya que son eficientes en la descomposición de la materia. Los hongos que descomponen la madera , especialmente la podredumbre blanca , secretan enzimas y ácidos extracelulares que descomponen la lignina y la celulosa , los dos componentes principales de la fibra vegetal. Estos son compuestos orgánicos de cadena larga ( basados en carbono ), 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, altamente estables, los hongos son muy eficaces [27] además de los ambientes marinos . [28] Las enzimas implicadas en esta degradación son ligninolíticas e incluyen lignina peroxidasa , peroxidasa versátil , peroxidasa de manganeso , lipasa general , lacasa y, a veces , enzimas intracelulares , especialmente el citocromo P450 . [29] [30]
Otras toxinas que los hongos pueden degradar en compuestos inocuos incluyen combustibles de petróleo , [31] fenoles en aguas residuales, [32] bifenilo policlorado (PCB) en suelos contaminados que utilizan Pleurotus ostreatus , [33] poliuretano en condiciones aeróbicas y anaeróbicas, [34] tales como condiciones en el fondo de los rellenos sanitarios utilizando dos especies del hongo ecuatoriano Pestalotiopsis , [35] y más. [36]
Diferentes especies de hongos pueden degradar el petróleo crudo a diferentes velocidades. [37] Por ejemplo, la especie Pleurotus pulmonarius es muy eficaz para degradar el petróleo crudo a una concentración del 0,5% durante un período de 30 días en comparación con la especie Pleurotus tuber-regium . [37] Sin embargo, Pleurotus tuber-regium es más eficaz para degradar el petróleo crudo a una concentración del 1,5% durante un período de 30 días en comparación con Pleurotus pulmonarius . [37] Estas especies fueron más efectivas cuando se usaron en conjunto en lugar de individualmente, lo que indica que las enzimas liberadas por múltiples especies de hongos pueden actuar en sinergia, lo que lleva a una degradación más efectiva del petróleo crudo. [37]
Los mecanismos de degradación no siempre son claros [38], ya que el hongo puede ser un precursor de la actividad microbiana posterior en lugar de ser eficaz individualmente en la eliminación de contaminantes. [39]
Plaguicidas
La contaminación por plaguicidas puede ser a largo plazo y tener un impacto significativo en los procesos de descomposición y el ciclo de nutrientes. [40] Por lo tanto, su degradación puede resultar costosa y difícil. Los hongos más comúnmente utilizados para ayudar en la degradación de tales sustancias son los hongos de pudrición blanca, que, gracias a sus enzimas ligninolíticas extracelulares como la lacasa y peroxidasa de manganeso , son capaces de degradar una gran cantidad de dichos componentes. Los ejemplos incluyen el insecticida endosulfán , [41] imazalil , tiofanato de metilo , orto-fenilfenol , difenilamina , clorpirifos [42] en aguas residuales y atrazina en suelos arcillosos-arcillosos. [43]
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 , son cancerígenos o tóxicos. [44]
El mecanismo por el cual los hongos degradan los tintes es a través de sus enzimas lignolíticas, especialmente lacasa, por lo que los hongos de pudrición blanca son los más utilizados. [ cita requerida ]
La micorremediación ha demostrado ser una tecnología de remediación barata y eficaz para tintes como el verde malaquita , la nigrosina y la fucsina básica con Aspergillus niger y Phanerochaete chrysosporium [45] y rojo Congo , un colorante cancerígeno recalcitrante a los procesos biodegradables, [46] azul directo 14 ( utilizando Pleurotus ). [47]
Sinergia con la fitorremediación
La fitorremediación es el uso de tecnologías basadas en plantas para descontaminar un área. La mayoría de las plantas pueden formar una simbiosis con hongos, de la cual ambos organismos obtienen una ventaja. Esta relación se llama micorriza . Los investigadores encontraron que las micorrizas mejoran la fitorremediación. [48] Las micorrizas tienen una relación simbiótica con las raíces de las plantas y ayudan a absorber la nutrición y los desechos del suelo, como los metales pesados biodisponibles en la rizosfera. La eliminación de los contaminantes del suelo por las micorrizas se denomina eliminación de micorrizas. [49]
Los hongos micorrízicos, especialmente los hongos micorrízicos arbusculares (HMA), pueden mejorar en gran medida la capacidad de fitorremediación de algunas plantas. Esto se debe principalmente al estrés que sufren las plantas debido a que los contaminantes se reducen en gran medida en presencia de HMA, por lo que pueden crecer más y producir más biomasa. [50] Los hongos también proporcionan más nutrición, especialmente fósforo , y promueven la salud general de las plantas. La rápida expansión del micelio también puede extender en gran medida la zona de influencia de la rizosfera ( hifosfera ), proporcionando a la planta acceso a más nutrientes y contaminantes. [51] El aumento de la salud general de la rizosfera también significa un aumento en la población de bacterias, que también puede contribuir al proceso de biorremediación. [52]
Esta relación ha demostrado ser útil con muchos contaminantes, como Rhizophagus intraradices y Robinia pseudoacacia en suelos contaminados con plomo , [53] Rhizophagus intraradices con Glomus versiforme inoculado en pasto vetiver para la eliminación de plomo, [54] HMA y Calendula officinalis en cadmio y plomo contaminado suelo, [55] y en general fue eficaz para aumentar la capacidad de biorremediación de las plantas para metales, [56] [57] combustibles derivados del petróleo, [58] [59] y PAH. [52] 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 de las aguas subterráneas cuando se inoculan en Phragmites australis . [60]
Viabilidad en entornos extremos
Las especies de hongos antárticos como Metschnikowia sp., Cryptococcus gilvescens, Cryptococcus victoriae , Pichia caribbica y Leucosporidium creatinivorum pueden resistir el frío extremo y seguir proporcionando una biodegradación eficaz de los contaminantes. [61] Debido a la naturaleza de los entornos 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. [62] [63] 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 menor disponibilidad de energía, [64] una disminución de los niveles de oxígeno debido a la baja permeabilidad del suelo congelado y la interrupción del transporte de nutrientes causado por ciclos de congelación-descongelación. [65] Estas especies de hongos son capaces de asimilar y degradar compuestos como fenoles , n-hexadecano , tolueno e hidrocarburos aromáticos policíclicos en estas duras condiciones. [66] [61] 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 radioactivo que se encuentra en los desechos radiactivos y pueden crecer con éxito en estas condiciones, a diferencia de la mayoría de los otros organismos. [67] También pueden prosperar en presencia de altas concentraciones de mercurio y cromo . [67] Hongos como Rhodotorula taiwanensis posiblemente se pueden utilizar en la biorremediación de desechos radiactivos debido a su bajo pH y sus propiedades de resistencia a la radiación. [67] Ciertas especies de hongos pueden absorber y retener radionucleidos como 137 Cs , 121 Sr , 152 Eu , 239 Pu y 241 Am . [68] [11] De hecho, las paredes celulares de algunas especies de hongos muertos se pueden utilizar como un filtro que puede adsorber metales pesados y radionucleidos presentes en los efluentes industriales, evitando su liberación al medio ambiente. [11]
Ver también
- Biodegradacion
- Biorremediación
- Compost
- Biorremediación micorrízica
- Fitorremediación
Referencias
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Se sabe que los basidiomicetos ligninolíticos y los ascomicetos mitospóricos, incluidos los hongos acuáticos, degradan los EDC (nonilfenol, bisfenol A y 17 \ alpha - etinilestradiol); fármacos analgésicos, antiepilépticos y antiinflamatorios no esteroideos; Agentes de contraste de rayos X; fragancias de almizcle policíclico; e ingredientes de productos para el cuidado personal
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Dentro de 2-3 días de la aplicación del tratamiento, se lograron resultados alentadores en sólidos secos totales (TDS), sólidos suspendidos totales (TSS), turbidez, demanda química de oxígeno (DQO), resistencia específica a la filtración (SRF) y pH debido a hongos. tratamiento en reconocimiento de la bioseparación y la deshidratación de los lodos de aguas residuales en comparación con el control.
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Los cultivos seleccionados mostraron una buena capacidad de sorción de 32 a 41 mg de Pb2 + y de 3,5 a 6,5 mg de Cu2 + g-1 de peso seco de micelio.
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La cepa fue capaz de eliminar el 97,50% y el 98,73% de mercurio de los sistemas agitados y estáticos, respectivamente. La cepa de A. flavus KRP1 parece tener un uso potencial en la biorremediación de sustratos acuosos que contienen mercurio (II) a través de un mecanismo de biosorción.
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Se encontró que la eficiencia de Pleurotus para la remediación de metales pesados fue mayor en el efluente diluido al 50% (57.2% Mn, 82.6% Zn, 98.0% Ni, 99.9% Cu, 99.3% Co, 99.1% Cr, 89.2% Fe y 35.6% Pb
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El hongo Aspergillus sclerotiorum CBMAI 849 mostró el mejor comportamiento con respecto al agotamiento de pireno (99,7%) y benzo [a] pireno (76,6%) después de 8 y 16 días, respectivamente. [...] Debido a que estos hongos se adaptaron al medio marino, las cepas que se utilizaron en el presente estudio se consideran objetivos atractivos para la biorremediación de ambientes salinos, como océanos y sedimentos marinos contaminados por PAH.
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Los hongos ligninolíticos, como Phanerochaete chrysosporium, Bjerkandera adusta y Pleurotus ostreatus, tienen la capacidad de degradar los PAH. Las enzimas involucradas en la degradación de los HAP son ligninolíticos e incluyen lignina peroxidasa, peroxidasa versátil, Mn-peroxidasa y lacasa.
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Haciendo un promedio de todas las especies estudiadas, el 98,1%, 48,6% y 76,4% del alcano Bunker C C10, alcano C14 y fenantreno iniciales, respectivamente, se degradaron después de 180 días de crecimiento de hongos en medio de pino.
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Cuando estas aguas residuales se suplementaron con glucosa 0.1 mM, todos los hongos probados, excepto A. caesiellus, mostraron la capacidad de eliminar tanto los compuestos fenólicos como los PAH.
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Los mejores resultados se obtuvieron con P. ostreatus, que resultó en remociones de PCB de 18.5, 41.3 y 50.5% de la masa, parte superior (superficie) y rizosfera, respectivamente, de los suelos del vertedero después de 12 semanas de tratamiento.
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especies de los géneros Cladophialophora y Exophiala (del orden Chaetothyriales) asimilan tolueno. Aspergillus y Penicillium spp. (del orden Eurotiales) degradan hidrocarburos alifáticos, clorofenoles, hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAhs), pesticidas, tintes sintéticos y 2,4,6-trinitrotolueno (TnT). Se ha informado de la metabolización de las dibenzo-p-dioxinas policloradas (PCDD) para los géneros Cordyceps y Fusarium (del orden hypocreales), así como para Pseudallescheria spp. (del orden microascales). Las especies mitospóricas de Acremonium. degradan PAhs y Royal Demolition Explosive (RDX), y Graphium spp. degradar metil-terc-butiléter (mTBE). fuera de Pezizomycotina, Phoma spp. degradan los PAh, pesticidas y tintes sintéticos. El subfilo Saccharomycotina consiste principalmente en levaduras e incluye degradadores de n-alcanos, n-alquilbencenos, petróleo crudo, el químico disruptor endocrino (EDC) nonilfenol, PAhs y TnT (en los géneros Candida, Kluyveromyces, Neurospora, Pichia, Saccharomyces y Yarrowia
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Los mecanismos por los cuales P. strigosozonata puede degradar compuestos complejos de petróleo siguen siendo oscuros, pero los resultados de la degradación de los cultivos de 180 días sugieren que diversos hongos de pudrición blanca son prometedores para la biorremediación de combustibles derivados del petróleo.
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P. ostreatus colonizó eficientemente las muestras de suelo y suprimió otros géneros de hongos. Sin embargo, el mismo hongo estimuló sustancialmente taxones bacterianos que abarcan supuestos degradadores de PCB.
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el basidiomiceto Bjerkandera adusta pudo degradar el 83% de (alfa + beta) endosulfán después de 27 días, se determinaron 6 mg kg (-1) de endosulfán diol; El éter de endosulfán y el sulfato de endosulfán se produjeron por debajo de 1 mg kg (-1) (LOQ, límite de cuantificación).
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Este estudio demostró que tanto los extractos de monocultivo de la cepa nativa T. maxima como su co-cultivo con P. carneus pueden degradar la atrazina de manera eficiente y rápida en suelos franco-arcillosos.
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Aspergillus niger registró una decoloración máxima del colorante fucsina básica (81,85%) seguido de nigrosina (77,47%), verde de malaquita (72,77%) y mezcla de colorante (33,08%) en condiciones de agitación. Mientras que P. chrysosporium registró decoloración al máximo con la Nigrosina (90,15%) seguida de Fucsina básica (89,8%), Verde malaquita (83,25%) y mezcla (78,4%).
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la decoloración obtenida en condiciones optimizadas varió entre 29,25-97,28% en condiciones estáticas y 82,1- 100% en condiciones de agitación
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Como consecuencia del tratamiento con Am [micorriza Arbuscolar], las plantas proporcionan un mayor sumidero para los contaminantes ya que son más capaces de sobrevivir y crecer.
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Se ha considerado que los HMA son una herramienta para mejorar la fitorremediación, ya que su micelio crea una red subterránea generalizada que actúa como un puente entre las raíces de las plantas, el suelo y los microorganismos de la rizosfera. Abundantes hifas extramatricas extienden la rizosfera creando así la hifosfera, que aumenta significativamente el área de acceso de una planta a nutrientes y contaminantes.
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Se demostraron correlaciones positivas altamente significativas entre la formación arbuscular en los segmentos de raíces (A)) y el contenido de agua de la planta, lípidos de las raíces, peroxidasa, polifenol oxidasa de catalasa y el recuento microbiano total en la rizosfera del suelo, así como la disipación de PAH en el suelo con púas.
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Las leguminosas no micorrízicas fueron más sensibles a la adición de Pb que las leguminosas micorrízicas [...] La presencia de HMA aumentó considerablemente la biomasa total de las leguminosas en todos los tratamientos
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Con la inoculación de micorrizas y el aumento de los niveles de Pb, la absorción de Pb del brote y la raíz aumentó en comparación con las del control de NM
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Sin embargo, los hongos micorrízicos aliviaron estos impactos mejorando el crecimiento y el rendimiento de las plantas. La caléndula concentra altas cantidades de Pb y especialmente Cd en sus raíces y brotes; Las plantas micorrízicas presentaron una mayor acumulación de estos metales, por lo que aquellas con menos de 80 mg / kg Cd suelo (-1) acumularon 833,3 y 1585,8 mg Cd en sus brotes y raíces, respectivamente.
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El análisis de redundancia (RDA) mostró que la eficiencia de la fitorremediación fue mejorada por las simbiosis de AM, y los niveles de pH, Pb, Zn y Cd del suelo fueron los principales factores que influyeron en las características de acumulación de HM de las plantas.
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Obviamente, la población de microorganismos aumentó. Todos los resultados anteriores muestran que sus efectos ecológicos se mejoran significativamente. AM promovería suelos rizosféricos que ayudarán a la sostenibilidad de los sistemas ecológicos en el área minera.
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la tasa de degradación del hidrocarburo de petróleo total durante el tratamiento con PGPR y HMA en suelos moderadamente contaminados alcanzó un máximo de 49,73%
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