Descubren bacterias capaces de eliminar sustancias químicas permanentes y sus subproductos tóxicos

Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Buffalo ha identificado una cepa de bacterias capaz de descomponer y transformar al menos tres tipos de PFAS.

La mayoría de las medidas de remediación de las sustancias perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS) consisten en adsorberlas y atraparlas, pero algunos microbios pueden romper los fuertes enlaces químicos que permiten a estas sustancias persistir tanto tiempo en el medio ambiente.

Ahora, un equipo dirigido por la Universidad de Buffalo (UB), en EE.UU., ha identificado una cepa de bacterias capaz de descomponer y transformar al menos tres tipos de PFAS y, lo que quizá sea aún más importante, algunos de los subproductos tóxicos del proceso de ruptura de enlaces.

Publicado en el número de este mes de Science of the Total Environment, el estudio del equipo descubrió que Labrys portucalensis F11 (F11) metabolizaba más del 90% del ácido perfluorooctano sulfónico (PFOS) tras un periodo de exposición de 100 días. El PFOS es uno de los tipos de PFAS más frecuentemente detectados y persistentes, y la Agencia de Protección del Medio Ambiente de EE.UU. lo declaró peligroso el año pasado.

La bacteria F11 también descompuso una parte sustancial de otros dos tipos de PFAS al cabo de 100 días: 58% de ácido carboxílico de fluorotelómero 5:3 y 21% de sulfonato de fluorotelómero 6:2.

«El enlace entre los átomos de carbono y flúor en los PFAS es muy fuerte, por lo que la mayoría de los microbios no pueden utilizarlo como fuente de energía. La cepa bacteriana F11 desarrolló la capacidad de cortar el flúor y comerse el carbono», explica la autora del estudio, Diana Aga, doctora, catedrática del Departamento de Química de la Facultad de Letras y Ciencias de la UB, y directora del Instituto RENEW de la UB.

A diferencia de muchos estudios anteriores sobre bacterias degradadoras de PFAS, el estudio de Aga tuvo en cuenta los productos de degradación de cadena más corta, o metabolitos. En algunos casos, el F11 incluso eliminó el flúor de estos metabolitos o los descompuso hasta niveles ínfimos e indetectables.

«Muchos estudios anteriores sólo han informado de la degradación de PFAS, pero no de la formación de metabolitos. Nosotros no sólo dimos cuenta de los subproductos de los PFAS, sino que descubrimos que algunos de ellos seguían siendo degradados por las bacterias», afirma la primera autora del estudio, Mindula Wijayahena, estudiante de doctorado en el laboratorio de Aga.

El trabajo ha contado con el apoyo del Instituto Nacional de Ciencias de la Salud Medioambiental de EE.UU. También han colaborado la Universidad Católica de Portugal, la Universidad de Pittsburgh y Waters Corp.

Bacterias adaptadas a entornos contaminantes

Los PFAS son un grupo de sustancias químicas omnipresentes ampliamente utilizadas desde los años 50 en todo tipo de productos, desde sartenes antiadherentes hasta materiales contra incendios.

No son, ni mucho menos, el alimento preferido de las bacterias, pero algunas que viven en suelos contaminados han mutado para descomponer contaminantes orgánicos como los PFAS y utilizar su carbono como fuente de energía.

«Si las bacterias sobreviven en un entorno duro y contaminado, probablemente es porque se han adaptado a utilizar los contaminantes químicos circundantes como fuente de alimento para no morir de hambre», afirma Aga. «A través de la evolución, algunas bacterias pueden desarrollar mecanismos eficaces para utilizar los contaminantes químicos como ayuda para su crecimiento».

La cepa bacteriana utilizada en este estudio, F11, se aisló del suelo de un emplazamiento industrial contaminado en Portugal y ya había demostrado anteriormente su capacidad para eliminar el flúor de los contaminantes farmacéuticos. Sin embargo, nunca se había probado con PFAS.

Los colaboradores de la Universidad Católica de Portugal colocaron el F11 en matraces sellados sin ninguna fuente de carbono, aparte de 10.000 microgramos por litro de PFAS. Tras periodos de incubación de entre 100 y 194 días, las muestras se enviaron a la UB, donde los análisis revelaron que el F11 había degradado algunos de los PFAS.

Los elevados niveles de iones de flúor detectados en estas muestras indicaban que el F11 había desprendido los átomos de flúor de los PFAS para que las bacterias pudieran metabolizar los átomos de carbono.

«El enlace carbono-flúor es lo que hace que los PFAS sean tan difíciles de descomponer, por lo que romperlos es un paso crítico. Lo más importante es que el F11 no sólo cortaba los PFOS en trozos más pequeños, sino que también eliminaba el flúor de esos trozos», explica Wijayahena.

Algunos de los metabolitos que quedaban aún contenían flúor, pero tras 194 días de exposición al PFOS, el F11 había eliminado incluso el flúor de tres metabolitos del PFOS.

«Como advertencia, podría haber otros metabolitos en estas muestras tan minúsculos que eludan los métodos de detección actuales», afirma Aga.

Convertir los PFAS en un elemento deseable para las bacterias

Aunque los investigadores de la UB afirman que su estudio es un buen comienzo, advierten que el F11 tardó 100 días en biodegradar una parte significativa de los PFAS suministrados, y no había otras fuentes de carbono disponibles para su consumo.

El equipo planea ahora investigar cómo animar a los F11 a consumir PFAS más rápidamente, incluso cuando hay opciones energéticas competidoras que podrían aumentar su tasa de crecimiento.

«Queremos investigar el impacto de colocar fuentes de carbono alternativas junto a los PFAS. Sin embargo, si esa fuente de carbono es demasiado abundante y fácil de degradar, puede que las bacterias no necesiten tocar los PFAS en absoluto», afirma Aga. «Tenemos que dar a las colonias de F11 suficiente alimento para crecer, pero no tanto como para que pierdan el incentivo de convertir los PFAS en una fuente de energía utilizable».

Con el tiempo, F11 podría desplegarse en aguas y suelos contaminados con PFAS. Esto podría implicar la creación de condiciones para cultivar la cepa dentro de lodos activados en una planta de tratamiento de aguas residuales, o incluso inyectar las bacterias directamente en el suelo o las aguas subterráneas de un lugar contaminado, un proceso denominado bioaumentación.

«En los sistemas de fangos activados de aguas residuales, se podría acelerar la eliminación de compuestos no deseados añadiendo una cepa específica al consorcio bacteriano existente en las plantas de tratamiento», explica Aga. «La bioaumentación es un método prometedor que aún no se ha explorado para la remediación de PFAS en el medio ambiente», concluye.