Cómo los microorganismos degradan las gotitas de petróleo en el entorno marino
Aunque el destino del petróleo crudo en los ecosistemas acuáticos se ha estudiado ampliamente durante varias décadas, solo se descubrió la existencia e importancia de las nubes de gotitas submarinas tras el accidente de la Deepwater Horizon en 2010. En la actualidad, no existe un tratamiento «in situ» basado en las características de las gotitas de petróleo en los penachos submarinos. El proyecto OILY MICROCOSM, financiado con fondos europeos, abordó esta brecha del conocimiento investigando los mecanismos fundamentales a microescala que controlan la biodegradación de las gotitas de petróleo crudo por los microbios marinos. «Esto se ha conseguido gracias a la combinación creativa de microfluídica, imágenes avanzadas y modelización computacional», explica Nicolas Kalogerakis, coordinador del proyecto. George Kapellos, beneficiario de la beca de investigación individual MSC, colaboró con el Instituto Tecnológico de Massachusetts en los Estados Unidos (laboratorio del profesor Patrick Doyle), empleando un conjunto de técnicas de microfabricación, incluida la litografía y la impresión tridimensional para desarrollar dispositivos microfluídicos novedosos. Estos dispositivos permitieron a los científicos observar bajo el microscopio cómo las gotitas de petróleo interactúan con los microbios marinos durante un periodo de varias semanas.
Función de los microorganismos
Los socios del proyecto utilizaron métodos de captación de imágenes avanzadas como la fluorescencia multisonda y la microscopía confocal para examinar la morfología de las gotitas de hidrocarburo recubiertas de biopelícula y plantearon una nueva hipótesis en relación con el mecanismo responsable de su formación. «Las gotitas de petróleo recubiertas de biopelícula crecen conforme los microbios muy activos se acumulan cerca de la interfaz petróleo-biopelícula. A medida que se multiplican y secretan biopolímeros, fuerzan hacia el exterior a la biomasa que los rodea», aclara Kalogerakis. Los científicos fueron testigos de este fenómeno por primera vez como una gotita de petróleo menguante consumida por los microbios que degradan los hidrocarburos. «Observamos que, en ciertas condiciones, microbios marinos específicos pueden colonizar la superficie de las gotitas de hidrocarburo y formar biopelículas gruesas y rugosas», revela. Los investigadores descubrieron, para su sorpresa, que las biopelículas microbianas podían encapsular con éxito gotitas con un tamaño incluso milimétrico, algo que nunca se había observado en sistemas naturales ni artificiales. En la actualidad, el equipo de OILY MICROCOSM pretende descubrir si esas enormes gotitas recubiertas de biopelícula se producen en las aguas marinas naturales tras un vertido de petróleo.
Respuestas de los modelos
El proyecto también desarrolló un nuevo modelo matemático para predecir la velocidad de biodegradación y el tiempo de permanencia de las microgotas de petróleo en una columna de agua. El modelo tiene en cuenta los efectos de la velocidad de deriva, la cinética microbiana y la disponibilidad de oxígeno, minerales esenciales y varios componentes del petróleo. «Descubrimos que la carencia de oxígeno o de otros nutrientes derivados del agua, como el nitrógeno y el fósforo, limita la velocidad de biodegradación de las gotitas ya que aleja a los microbios muy activos de la superficie oleosa», explica Kalogerakis. Además, el modelo matemático también proporciona una herramienta de toma de decisiones. Por ejemplo, se debe evitar el uso de emulsionantes para dispersar los vertidos de petróleo en «zonas muertas» con muy poca disponibilidad de oxígeno. OILY MICROCOSM también ha allanado el camino para conocer mejor la degradación de los hidrocarburos a nivel de una única gotita. También ha hecho una valiosa contribución al análisis de datos de experimentos a muy altas presiones (> 250 bar) para simular las posibles emisiones de hidrocarburos en aguas profundas del Mediterráneo oriental. Por lo tanto, el trabajo y los resultados del proyecto contribuirán significativamente a nuestra comprensión del proceso de biodegradación del petróleo y encauzará los futuros esfuerzos de investigación, tecnologías facilitadoras esenciales y herramientas de toma de decisiones para la mitigación de los efectos adversos de los vertidos de petróleo marinos. Esta investigación se llevó a cabo con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie.
Palabras clave
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