El nitrógeno es uno de los nutrientes esenciales para todos los seres vivos, sin embargo, la mayor reserva de este elemento es poco accesible y está en forma de gas nitrógeno (N2) en nuestra atmósfera; su transformación en nutrientes que podamos asimilar depende principalmente de la actividad de microorganismos que juegan un papel muy importante dentro del ciclo del nitrógeno.
Por ejemplo, en los ecosistemas marinos, microorganismos llamados diazotróficos se encargan de fijar el N2 y convertirlo en formas nitrogenadas asimilables para las especies que prevalecen ahí, sustentando de esta manera la cadena trófica que permite la producción primaria en los océanos. Este proceso de fijación de N2 está en equilibrio con otros procesos microbianos que se encargan de convertir del exceso de nitrógeno en los océanos otra vez en N2, con lo cual se completa el ciclo del nitrógeno, y de esta manera se conservan los ecosistemas marinos en buen estado.
No obstante, actividades antropogénicas, como el uso excesivo de fertilizantes, actividades acuícolas intensivas o la quema de combustibles fósiles, han exacerbado este equilibrio, ocasionando la acidificación de los ecosistemas, eutrofización, pérdida de biodiversidad, entre otros problemas ambientales. Por lo tanto, es necesario entender los procesos microbianos responsables de convertir el exceso de nitrógeno en los mares, con el fin de implementar estrategias de restauración.
Además, este conocimiento nos permitirá desarrollar tecnologías aplicables al tratamiento de aguas residuales con alto contenido de compuestos nitrogenados, tales como las que se generan en granjas porcinas y acuícolas, así como en fábricas de fertilizantes, medicamentos, textiles, entre otros productos.
Hasta finales del siglo pasado, el único proceso microbiano conocido que convierte el amoniaco era la nitrificación, la cual consiste en la oxidación de este compuesto nitrogenado en nitrato por bacterias aerobias que utilizan el oxígeno para respirar; sin embargo, más recientemente se ha reportado la capacidad de microorganismos presentes en sedimentos marinos de oxidar el amoniaco y volverlo N2 en ausencia de oxígeno, empleando otros compuestos para lograrlo, como sulfato, hierro [1] y materia orgánica [2], los cuales son muy abundantes en estos ambientes.
Estos procesos microbianos podrían ser aprovechados para desarrollar tecnologías aplicables al tratamiento de aguas residuales del sector acuícola, el cual es muy importante para nuestro país, considerando los más de 11,000 kilómetros que integran nuestros litorales.
También estos procesos podrían ser aplicados en el tratamiento de efluentes industriales que contengan altos niveles de amoniaco y sulfato, como los provenientes de las envasadoras de productos del mar (sardina, atún, camarón, etc.). Las ventajas de estos nuevos procesos microbianos son que proceden en ausencia de oxígeno, por lo que no requieren la inyección de aire y se disminuyen considerablemente los costos operativos, además de producir una menor cantidad de lodos.
Otro proceso que se podría derivar de estas capacidades metabólicas de los microorganismos marinos para oxidar el amoniaco es uno electro-microbiano, en el que se logre la conversión de este contaminante tóxico en N2, lo que es realmente atractivo porque, además de eliminar un compuesto tóxico del agua, podría constituirse en una fuente renovable de energía.
Referencias
[1] Ríos-Del Toro, E E, Valenzuela E I, Cortés-Martínez, M G, Sánchez-Rodríguez, M A, Calvario-Martínez, O, Sánchez-Carrillo, S & Cervantes F J (2018) Anaerobic ammonium oxidation linked to sulfate and ferric iron reduction fuels nitrogen loss in marine sediments. Biodegradation 29, 429-442. https://link.springer.com/article/10.1007/s10532-018-9839-8.
[2] Ríos-Del Toro E E, Valenzuela E I, Ramirez J E, López-Lozano N E, Cervantes F J (2018) Anaerobic ammonium oxidation linked to microbial reduction of natural organic matter in marine sediments. Environ. Sci. Technol. Lett. 5, 571-577. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.estlett.8b00330.
El doctor Francisco J. Cervantes es investigador de la Unidad Académica del Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla
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