Utilizar bacterias marinas para desintoxicar el amianto

Tecnología científica

Los materiales de asbesto, un grupo de minerales naturales que alguna vez se usaron ampliamente en una variedad de industrias por su fuerza y ​​​​resistencia al calor, son conocidos por ser un peligro para la salud. Si bien su uso ha disminuido sustancialmente, los minerales no están prohibidos en los Estados Unidos y las personas aún pueden estar expuestas cuando se alteran edificios que contienen asbesto durante renovaciones o demoliciones.

El peligro llegó cerca de casa cuando varias escuelas del distrito escolar de Filadelfia fueron cerradas después de no pasar las inspecciones de asbesto. Penn ha prometido una contribución de $100 millones al Distrito Escolar ($10 millones anualmente durante 10 años) que se utilizará para remediar los peligros ambientales, incluidos el asbesto y el plomo, en los edificios de las escuelas públicas. Sin embargo, se necesitan mejores opciones de remediación para lidiar con el asbesto.

Ahora, investigadores del Departamento de Ciencias Ambientales y de la Tierra de Penn muestran que las bacterias de ambientes marinos extremos tienen el potencial de desintoxicar el asbesto. Su estudio, publicado en la revista Applied and Environmental Microbiology, sugiere que los microbios marinos pueden ser mejores candidatos para la biorremediación del amianto que los hongos y las bacterias del suelo previamente probados.

"Queríamos ampliar la investigación sobre la biorremediación del amianto explorando formas de reducir la toxicidad de estos minerales para su eliminación o reutilización más segura como materias primas secundarias", dice la autora principal Ileana Pérez-Rodríguez, profesora asistente de ciencias ambientales y terrestres que se especializa en el estudio de sustancias extremófilas. microbios de aguas profundas.

Para ello, Pérez-Rodríguez se asoció con Reto Gieré, quien tiene una larga trayectoria en la caracterización de minerales de amianto. Pensaron que estos microbios extremófilos podrían ser buenos candidatos para la biorremediación del amianto porque utilizan compuestos inorgánicos e interactúan con una variedad de minerales en sus entornos naturales.

El equipo se centró en dos especies bacterianas, Deferrisoma palaeochoriense y Thermovibrio ammonificans, para centrarse en dos aspectos de los minerales de amianto que los hacen peligrosos cuando se inhalan: su contenido de hierro, que es en gran medida responsable de los efectos cancerígenos del material, y su estructura fibrosa, que provoca inflamación. .

Para probar la capacidad de los microbios para desintoxicar el amianto, los investigadores los incubaron durante siete días a 60 °C o 75 °C (las temperaturas preferidas de los microbios) en pequeñas botellas llenas de líquido que también contenían minerales de amianto. Durante este período, los investigadores tomaron muestras del medio líquido para rastrear el crecimiento celular y los cambios en la composición química, y utilizaron microscopía electrónica para buscar cambios en la estructura mineral. Descubrieron que D. paleocoriense, que utiliza hierro como parte de su metabolismo, podría eliminar eficazmente parte del hierro del amianto mientras lo utiliza para crecer. Sin embargo, esta eliminación de hierro no cambió la estructura fibrosa general del mineral, que es parcialmente responsable de su toxicidad.

"Este es un proceso gradual para tomar un mineral altamente peligroso y hacerlo menos peligroso", dice Pérez-Rodríguez. "Se puede hacer que el mineral sea menos tóxico eliminando la reactividad química que conlleva el hierro, pero aún se conserva esa estructura fibrosa, por lo que la siguiente pregunta es: '¿Cómo descomponemos la forma?'"

Los minerales de amianto están compuestos por una columna vertebral de silicato y estudios previos han demostrado que la eliminación de iones de silicio y magnesio de esta columna vertebral puede alterar su estructura fibrosa. Aquí es donde entró en juego la segunda bacteria, T. ammonificans.

“Podemos ver mediante microscopía que estos microbios incorporan silicio en sus biopelículas”, afirma Pérez-Rodríguez. “Por lo general, cuando pensamos en biopelículas, pensamos en una especie de sustancia viscosa, pero en este caso las biopelículas son bastante rígidas; Básicamente están creando casitas hechas de rocas”.

Los investigadores descubrieron que T. ammonificans podría acumular silicio del amianto "serpentino", que tiene fibras rizadas, pero no del amianto "anfíbol", que tiene fibras rectas en forma de aguja. "Esto realmente resalta la dificultad de abordar los tratamientos de asbesto como una solución única para todos, dadas las composiciones químicas y estructuras cristalinas únicas asociadas con cada mineral de asbesto", dice Pérez-Rodríguez.

Los tratamientos con amianto a base de microbios son una alternativa deseable a los métodos actuales de tratamiento del amianto que implican calentarlo a temperaturas y presiones muy altas o tratarlo con ácidos o bases fuertes. Sin embargo, se necesita más investigación para probar cómo podrían usarse estas metodologías para remediar el asbesto a gran escala.

"Esta fue sólo una primera prueba de laboratorio y, por supuesto, todavía hay preguntas y tendríamos que investigar mucho más, pero esperamos poder llevarlo al siguiente nivel", dice Gieré.

El estudio fue coautor de los ex investigadores postdoctorales Jessica Choi, ahora investigadora postdoctoral en la Universidad de Michigan, y Ruggero Vigliaturo, ahora profesor asistente en la Universidad de Turín.

Esta investigación fue apoyada por Penn Start-up Funds, una beca de la facultad Penn Elliman y el Centro de Excelencia en Toxicología Ambiental de Penn (Subvención P30-ES013508), así como por el Instituto Nacional de Ciencias de la Salud Ambiental de los Institutos Nacionales de Salud ( P42-ES023720). Parte de este trabajo se llevó a cabo en el Centro Singh de Nanotecnología de Penn, parte del Programa Nacional de Infraestructura Coordinada de Nanotecnología, que cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias (Subvención NNCI-1542153).