Humedales Construidos: Estrategia verde contra la contaminación con antibióticos

En un mundo donde el consumo global de antibióticos plantea preocupaciones sobre su impacto en los ecosistemas, surgen soluciones innovadoras basadas en la naturaleza. Investigadores del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) y de la Universidad Nacional del Litoral (UNL) se enfocaron en el potencial de los humedales construidos como una estrategia sostenible para gestionar y restaurar ecosistemas afectados.

En una investigación llevada a cabo por Carla Teglia -investigadora de CONICET en el Laboratorio de Desarrollo Analítico y Quimiometría de la Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas (FBCB)-, Hernán Hadad y Ma. Alejandra Maine -del Laboratorio de Química Analítica Ambiental del Instituto de Química Aplicada del Litoral (IQAL, CONICET-UNL) de la Facultad de Ingeniería Química (FIQ)-, se exploró la eficiencia de los humedales para la eliminación del antibiótico enrofloxacina (ENR). En este estudio, se utilizó la planta acuática Eichhornia crassipes como un medio para la bioacumulación y purificación del compuesto.

La investigación reveló que la enrofloxacina (ENR), un antibiótico de amplio espectro utilizado en medicina veterinaria y presente en residuos de aves de corral y aguas residuales, muestra una notable resistencia tanto a la degradación biótica como abiótica, persistiendo en el medio ambiente durante períodos prolongados. La detección de ENR, junto con su principal metabolito, la ciprofloxacina (CIP), en cursos de agua e incluso en agua potable en áreas urbanas, subraya la urgencia de abordar este problema. Actualmente, los sistemas de tratamiento de agua potable no incorporan la eliminación de antibióticos ni otros contaminantes emergentes, lo que destaca la necesidad de nuevas estrategias para abordar esta creciente preocupación ambiental.

"La base de esta investigación radica en el trabajo sostenido durante décadas por Alejandra Maine y Hernán Hadad en humedales construidos para tratar diversos efluentes, y forma parte de mi línea de investigación para el ingreso a la carrera de Investigadora Científica, explica Teglia, y enfatiza: “nos preocupaban los efectos perjudiciales de los compuestos presentes en los efluentes, especialmente aquellos utilizados en la medicina veterinaria y la producción lechera, y su consecuente impacto ambiental.

Continuando en este sentido, la investigadora reflexionó: "Considero necesario cuestionarnos sobre el destino de estos residuos, así como de los medicamentos como ibuprofeno, paracetamol, diclofenac, amoxicilina y anticonceptivos que consumimos y que terminan siendo desechados en la cloaca. Sin duda, estos productos generan problemas en la microbiota del agua. La FBCB ya tiene trabajos realizados sobre los efectos de la acumulación de estos medicamentos en la fauna acuática, como se evidencia en los estudios sobre anfibios y las malformaciones que pueden causar debido a la absorción de estas sustancias extrañas para su organismo. Este planteamiento nos llevó a investigar la biorremediación como una posible solución, centrándonos en el uso de plantas autóctonas como los camalotes para eliminar estos compuestos nocivos del agua".

Soluciones basadas en la naturaleza

Los resultados del trabajo sugieren que los humedales construidos del tipo de flujo superficial, pueden desempeñar un papel crucial en la gestión de la contaminación por antibióticos del ambiente. Además, destacan la importancia de seguir investigando para comprender mejor los mecanismos de bioacumulación y desintoxicación de estas plantas, así como su efecto en el crecimiento vegetal.

La primera duda que surge es ¿cómo procesa la planta los contaminantes emergentes que absorbe? “Algunos compuestos comparten estructuras similares a ciertas hormonas de las plantas, lo que hace factible su absorción. Una vez absorbido, el compuesto se distribuye por todo el tejido de la planta, desde las raíces hasta las hojas, posteriormente, la planta evalúa qué hacer porque para ella representa una sustancia ajena. Observamos que la enrofloxacina, por ejemplo, tiene la capacidad de interferir en las vías metabólicas responsables de la generación de clorofila. Esto provoca que la planta adquiera un color blanco, similar a los copos de nieve. La presencia de hojas blancas nos llamó especialmente la atención, ya que descubrimos que este fenómeno afecta una parte fundamental del crecimiento de la planta, dado que sin clorofila la planta no puede sobrevivir. Además, la planta también despliega mecanismos de defensa para protegerse. Después de 100 horas en agua con concentraciones de ENR, logramos eliminar por completo el compuesto en el sistema. Por lo tanto, si tenemos una laguna con altas concentraciones del compuesto, los camalotes comenzarán a mostrar el fenómeno de clorosis (hojas blancas) y parte de la planta morirá mientras que el resto comenzará a descomponer el compuesto hasta alcanzar una concentración no letal” argumentó la investigadora.

La licenciada en Biotecnología y doctora en Ciencias Biológicas, egresada de la Casa de Estudios FBCB, señaló además, que aún queda mucho por comprender sobre los procesos implicados en la eliminación de antibióticos en estos sistemas. "El siguiente paso será analizar el tiempo que la planta tarda en purificarse a nivel orgánico y retornar a su estado inicial, con el objetivo de evitar más daños al medio ambiente. Al mismo tiempo, debemos considerar cómo escalamos este proceso y cómo podemos investigar otros contaminantes o compuestos fitosanitarios de interés. Comenzamos con este compuesto específico, pero existen investigaciones que han identificado varios tipos de contaminantes en los ríos de Córdoba, como grandes cantidades de ibuprofeno, paracetamol, diclofenac, amoxicilina y anticonceptivos. Es crucial reflexionar sobre los productos que consumimos habitualmente para tratar enfermedades. A menudo, pensamos que lo que tomamos se elimina por completo a través de la orina, pero esta pasa por sistemas de cloacas y tratamiento que, aunque cumplen con las normativas actuales, no abordan adecuadamente estos contaminantes emergentes. Este estudio proporciona información sobre la capacidad de E. crassipes para bioacumular ENR en sus tejidos, con tasas de eliminación superiores al 94% en sistemas que incorporan sedimentos y plantas".

Equipo multidisciplinario

Este proyecto innovador, que se lleva a cabo desde su inicio pospandemia en 2021 hasta la publicación reciente a principios de 2024, contó en su equipo de trabajo con investigadores de UNL y CONICET: Hernán R. Hadad y Ma. Alejandra Maine (IQAL, CONICET-UNL); Nora Uberti-Manassero (Cátedra de Biología Celular, Facultad de Ciencias Agrarias); Álvaro S. Siano (Laboratorio de Péptidos Bioactivos, Departamento de Química Orgánica de la FBCB), María R. Repetti (Programa de Investigación y Análisis de Residuos y Contaminantes Químicos de la Facultad de Ingeniería Química), Héctor C. Goicoechea y María J. Culzoni (Laboratorio de Desarrollo Analítico y Quimiometría, Cátedra de Química Analítica I).

Eichhornia crassipes

Se la conoce como "Camalote o Jacinto de agua", es una planta acuática flotante libre caracterizada por sus pecíolos vejigosos que almacenan aire permitiendo su flotabilidad Es nativa de las zonas cálidas de América del Sur, donde se encuentra en ríos y lagos. Además de su función ecológica de generar una elevada biomasa e intervenir en los ciclos biogeoquímicos de los humedales, se la utiliza con propósitos medicinales, como fertilizante para el suelo y con fines decorativos.

La investigación representa un paso significativo hacia la comprensión y mitigación de los efectos nocivos de los residuos farmacéuticos en los ecosistemas acuáticos, señalando la importancia de adoptar enfoques innovadores y sostenibles para la gestión de estos riesgos ambientales.

Link al artículo científico: “Removal of enrofloxacin using Eichhornia crassipes in microcosmwetlands”

Nota: prensa FBCB-UNL