Una nueva estrategia biotecnológica para la remoción y transformación del arsénico

La Dra. Florencia Cecilia Spuches defendió su Tesis Doctoral, desarrollada en el PROIMI-CONICET, donde estudió el potencial de un microorganismo, biofilms, nanopartículas magnéticas y matrices sintéticas para el tratamiento de compuestos de arsénico.

En el marco de su formación doctoral, la Dra. Florencia Cecilia Spuches desarrolló y defendió su Tesis Doctoral titulada “Desarrollo de sistemas de inmovilización para la biotransformación de compuestos de arsénico”, un trabajo que integra microbiología, biotecnología, nanotecnología y ciencia de materiales en la búsqueda de alternativas sustentables para abordar la contaminación por arsénico en ambientes acuáticos.

La investigación fue realizada en el PROIMI-CONICET, bajo la dirección de la Dra. Cintia M. Romero del PROIMI y la codirección de la Dra. Marcela A. Ferrero, investigadora del CONICET y perteneciente al Instituto de Ingeniería y Agronomía de la Universidad Nacional Arturo Jauretche (UNAJ).

Un problema ambiental de relevancia

El arsénico es un metaloide de origen natural cuya presencia en aguas constituye una problemática ambiental y sanitaria de importancia en distintas regiones del mundo, incluida la Argentina y, particularmente, nuestra región.

Frente a este desafío, la tesis doctoral exploró una estrategia biotecnológica basada en el aprovechamiento de las capacidades naturales de Microbacterium oxydans AE038-20, un microorganismo aislado originalmente de un pozo de agua de la localidad de Los Pereyras, Tucumán, donde se habían registrado concentraciones elevadas de arsénico.

El objetivo fue estudiar la capacidad de esta bacteria para tolerar, remover y transformar diferentes especies de arsénico y, a partir de ese conocimiento, desarrollar sistemas de inmovilización que permitieran potenciar y estabilizar estas capacidades.

El potencial de un microorganismo

Los estudios realizados demostraron que M. oxydans AE038-20 presenta una elevada tolerancia frente a distintas especies arsenicales, tanto orgánicas como inorgánicas. Además, se comprobó su capacidad para transformar As(III) en As(V) y modificar especies organoarsenicales.

Los análisis realizados permitieron identificar distintos mecanismos celulares involucrados en la respuesta frente al arsénico, relacionados con sistemas antioxidantes, transporte de metales, reparación celular y mantenimiento de proteínas.

Otro resultado de interés estuvo relacionado con los pigmentos extracelulares producidos por la bacteria, que mostraron actividad redox frente al As(III), aportando nuevos elementos para comprender los mecanismos mediante los cuales este microorganismo interactúa con el contaminante.

Del microorganismo al biofilm

La investigación avanzó posteriormente sobre la capacidad de la bacteria para producir biofilm, una estructura que permite a los microorganismos adherirse a superficies y desarrollarse dentro de una matriz extracelular compleja.

A través de la optimización de las condiciones de cultivo, fue posible incrementar significativamente la producción de biofilm. Su caracterización permitió identificar diferentes componentes, entre ellos proteínas y polisacáridos.

Los ensayos demostraron que el biofilm posee capacidad para remover aproximadamente un 34 % del As(III) presente en solución y favorecer su transformación a As(V), principalmente durante las primeras 24 horas de tratamiento.

La incorporación de nanopartículas magnéticas

Uno de los aspectos destacados de la investigación fue la incorporación de nanopartículas magnéticas de NdFeO₃ al sistema biológico.

La biofuncionalización de estas nanopartículas con el biofilm permitió desarrollar un sistema híbrido con capacidad para remover As(III). Bajo las condiciones estudiadas, se alcanzó una remoción del 84,80 %, detectándose además arsénico en sus formas As(III) y As(V) asociado a las nanopartículas.

Esta estrategia presenta una característica de particular interés: al tratarse de un material magnético, existe la posibilidad de recuperarlo mediante separación magnética, lo que abre perspectivas para el desarrollo de sistemas de tratamiento más eficientes y potencialmente reutilizables.

Hacia el diseño de matrices sintéticas

En una etapa posterior, el trabajo avanzó hacia el desarrollo de un biofilm sintético, inspirado en la composición y propiedades del biofilm natural producido por la bacteria.

Para ello se combinaron diferentes componentes, entre ellos levano, colágeno, ADN extracelular y células de M. oxydans, estudiando las propiedades físicas de las matrices y su capacidad para retener y transformar arsénico.

Los resultados mostraron que la composición de las matrices influye directamente en sus propiedades mecánicas y en su comportamiento frente al contaminante. Entre las formulaciones evaluadas, una de ellas alcanzó 76,1 µg/L de As(III) retenido y logró la formación de 102 µg/L de As(V), evidenciando nuevamente la capacidad del sistema para favorecer la transformación del arsénico.

Una investigación con proyección

El trabajo doctoral de la Dra. Spuches demuestra el potencial de M. oxydans AE038-20 como herramienta biotecnológica para la biorremediación de ambientes contaminados con arsénico.

Uno de los principales aportes de la investigación radica en que no se limita al estudio de la bacteria, sino que integra sus capacidades biológicas con el desarrollo de biofilms, nanopartículas magnéticas y matrices poliméricas, buscando generar sistemas de inmovilización que permitan mejorar la retención y transformación del contaminante.

De esta manera, la tesis propone una mirada interdisciplinaria en la que convergen la microbiología, la biotecnología, la nanotecnología y la ciencia de materiales, con el propósito de generar conocimiento que pueda contribuir, a futuro, al desarrollo de nuevas alternativas para el tratamiento de aguas y ambientes afectados por arsénico.

Entre las perspectivas planteadas se encuentran la optimización de las matrices desarrolladas, el estudio de los mecanismos responsables de la transformación de las distintas especies de arsénico y la evaluación de estos sistemas en aguas naturales y efluentes reales.

El trabajo doctoral también se encuentra vinculado con la generación de conocimiento científico difundido a través de publicaciones y presentaciones en congresos.