Bacteria degradadora de microcistina, biofiltro que la incluye así como método de depuración de aguas contaminadas con microcistina empleando el mismo.

Procedimiento para la depuración de aguas contaminadas con microcistina,

a través de un biofiltro auto-regenerable.

El procedimiento consiste en hacer pasar el agua contaminada a través de un biofiltro. El biofiltro consta de dos partes: un soporte inerte en el que se inmoviliza un cultivo bacteriano de la cepa Raoultella planticola. Dicha cepa ha sido aislada de un bloom de Microcystis y tiene la propiedad de degradar microcistina. Esta cepa ha sido depositada en la CECT y tiene como número de referencia 8390.

El funcionamiento del biofiltro es el siguiente: el agua conteniendo la toxina se hace pasar a través del biofiltro, saliendo depurada del mismo en un paso cuasi inmediato pues se trata de una mera retención física de la microcistina, En un segundo paso más lento, la microcistina que habrá quedado retenida en el soporte en el que está inmovilizada la bacteria, será degradada por la bacteria.

El biofiltro tiene además otra propiedad: es auto-regenerable puesto que la propia degradación de la microcistina hace que el biofiltro se limpie, sin necesidad de etapas adicionales de mantenimiento.

Bacteria degradadora de microcistina, biofiltro que la incluye así como método de depuración de aguas contaminadas con microcistina empleando el mismo.

DESCRIPCIÓN

Sector técnico al que se refiere la invención

La presente invención se integra dentro del sector de la Biotecnología aplicada a la Salud Pública y en particular sería de utilidad en las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR), Estaciones de Tratamiento de Aguas Contaminadas (ETAP) y Acuicultura.

Exposición del estado de la técnica

La contaminación de aguas por ciano-toxinas es un grave problema ambiental y también de interés sanitario pues afecta directamente al agua de consumo humano y por tanto a la salud pública, así como al equilibrio y protección de especies. De hecho, el control de los niveles de microcistina es un problema que preocupa a las Asociaciones Españolas de Empresas de Tratamiento y Control de Aguas y también a los organismos encargados de la gestión de Parques Nacionales, Naturales, Regionales y Espacios Protegidos en general.

Las ciano-toxinas son compuestos de máxima toxicidad y alto riesgo producidas por cianobacterias (uno de los organismos que forman parte del fitoplancton). En concreto la microcistina es una hepato-toxina producida por la bacteria Microcystis aeruginosa.

Una situación de alarma se produce cuando bajo la acción de determinadas condiciones ambientales tiene lugar un crecimiento súbito de las cianobacterias, originándose lo que se conoce con el nombre de bloom. Un bloom es pues una floración de cianobacterias o lo que es lo mismo, proliferación incontrolada de las mismas (Vela et al., 2007. Rev. Real Academia de Ciencias, Zaragoza).

Los episodios de bloom se relacionan con la descarga de nutrientes, sobre todo fósforo y nitrógeno en los embalses de abastecimiento, que estimulan el crecimiento del fitoplancton en general y de las cianobacterias en particular. Otros factores como el incremento en la temperatura del agua (relacionado con las consecuencias del cambio global) hacen preveer que con el paso del tiempo el crecimiento de fitoplancton tóxico constituya uno de los problemas fundamentales en los embalses de abastecimiento de agua a las ciudades.

Las cianobacterias se han clasificado en tres grandes grupos, en función de su mecanismo de acción: Microcystis, Anabaena y Oscillatoria son miembros representativos de organismos productores de hepatotoxinas, neurotoxinas y lipopolisacáridos, respectivamente. En la actualidad se conocen más de setenta y seis microcistinas distintas que han sido aisladas de blooms cianobacterianos, siendo la microcistina-LR, producida por la especie Microcystis aeruginosa la variante más común y más abundante. Esta microcistina es la más conocida y es una potente hepatotoxina que causa una hemorragia intrahepática que puede llegar a desencadenar la muerte en humanos y animales (Figueiredo et al., 2004, Ecotoxicology and Environmental Safety). Cuando esta microcistina es ingerida de forma crónica se produce una actividad promotora de tumores digestivos especialmente de hígado y colon. Todas las microcistinas actúan a nivel molecular inhibiendo la acción de las proteín-fosfatasas 1 y 2A (McKintosh et al., 1990. FEBS Letters 264: 187-192; Honkanen et al., 1990. The Journal of Biological Chemistry 265(32): 19401-19404).

Debido a su extrema toxicidad la OMS ha establecido que no se supere el nivel de 1 pg/L de microcistina en agua destinada a consumo (microcistina LR total, suma de libre y la que se encuentra en el interior de la célula) (Guía para la calidad de agua potable, OMS, 2006). Sin embargo, a pesar de la regulación, el problema de contaminación por microcistina queda sin resolver en muchos más casos de no menor importancia: cuando la aparición de los blooms afecta a sistemas naturales, bien de agua dulce o marina, embalses, lagunas, y cuando ocurren episodios de aparición de grandes manchas de contaminación oceánica. La contaminación puede llegar a afectar zonas de interés ecológico no monitorizadas y pasar inadvertida; o incluso puede convertirse en un problema económico si llega a afectar la producción piscícola de una determinada zona (Al Prieto et al., 2008. Rev. Toxicol. 25(1-3): 22-31).

Actualmente, las alarmas por posible contaminación de aguas con microcistina se resuelven en las estaciones de control de agua potable. Los tratamientos que se vienen realizando son una combinación de operaciones de floculación, filtrado, cloración, tratamientos con carbón activo y ozonización. Dichos tratamientos, además de ser costosos, no siempre resultan del todo efectivos. Por ejemplo, la combinación de floculantes y filtros de arena, aunque es un método efectivo para la retención de la cianobacteria tóxica Microcystis aeruginosa, no lo es para la retención de la toxina libre en el medio. Las microcistinas son endotoxinas, es decir, están en el interior de las células y sólo se liberan al medio cuando éstas se lisan (se rompen liberando su contenido intracelular). Sólo mientras las células mantienen su integridad, la retención de células en los filtros es proporcional a la retención de microcistinas.

Es decir, los métodos habituales de tratamiento de aguas contaminadas con microcistina se han dirigido hacia la contención de las células de la bacteria Microcystis aeruginosa y/o a la eliminación de microcistina. Sin embargo, los métodos de tratamiento nunca se han dirigido hacia la biodegración de la propia toxina, objeto del procedimiento de la presente invención.

Los tratamientos convencionales presentan además otra dificultad añadida: las operaciones unitarias (por ejemplo, filtración, adsorción con carbón activo) que se emplean en las estaciones de tratamiento de aguas generan residuos, y/o hacen necesaria la limpieza de los materiales adsorbentes. El propósito de la invención que se explica a continuación es evitar los costes adicionales que suponen el uso de materias primas (carbón activo), el mantenimiento de instalaciones y la gestión de residuos. Frente a ello, la presente invención plantea un sistema que se auto-mantiene porque una vez el agua conteniendo microcistina atraviesa el filtro, éste se limpia gracias a la actividad de las bacterias que lo colonizan. Es por tanto un biofiltro auto-regenerable.

Otro de los inconvenientes de los métodos que se usan actualmente es que son generalistas, se basan en operaciones unitarias diseñadas para la retención de cualquier contaminante. En la invención que se presenta, se ha aislado una bacteria de la biomasa de una floración (bloom) de Microcystis. Dicha bacteria identificada como Raoultella planticola, del género Raoultella, y depositada en la Colección Española de Cultivos Tipo (número de cepa: 8390) ha resultado ser específicamente activa en la degración de microcistina. La bacteria que se propone para el

desarrollo de la presente invención, no presenta problemas de toxicidad ni adaptación, siendo mínimos los requisitos nutricionales para su crecimiento.

Objeto de la invención

La invención se refiere a un biofiltro para la depuración de aguas contaminadas con microcistina, una toxina hepática que puede llegar a causar mortandad en humanos.

El biofiltro consta de un soporte inerte y un cultivo bacteriano que coloniza dicho soporte. La bacteria que se emplea, Raoultella planticola, ha sido aislada de un bloom de microcistina, identificada y depositada en la CEEC (n° de la cepa: 8390).

La mayor novedad de la invención es que el biofiltro es auto-regenerable porque la bacteria que lo coloniza tiene la capacidad de degradar el contaminante (la microcistina, en este caso) y por tanto no se hace necesaria la limpieza del mismo, se evita la generación de residuos y la gestión de los mismos, incrementándose de esta forma la rentabilidad económica del proceso.

El sistema admite una gran versatilidad en su diseño. Puede incorporarse en los areneros de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) o utilizarse en pequeños dispositivos como biofiltros dimensionados para uso doméstico. Asimismo su aplicabilidad se extiende a los dispositivos autónomos para potabilización de aguas, pues admite un diseño transportable muy indicado, por ejemplo, en viajes a países con problemas de accesibilidad a fuentes seguras de suministro de agua potable. Tiene por tanto una aplicación directa en la depuración de aguas para consumo humano y procesos de tratamiento (ETAP y EDAR) así como en el control de aguas de espacios naturales (embalses).

Explicación de la invención

Para llevar a cabo la eliminación de microcistina en aguas destinadas a consumo humano, cauces naturales o cualquier otra fuente contaminada por un bloom de Microcystis

aeruginosa...

1. Cepa de la bacteria de la especie Raoultella pkmticola con número de depósito CECT8390 capaz de degradar microcistina.

2. Biofiltro auto-regenerable degradador de microcistina, formado por un soporte inerte colonizado por la bacteria R. plcmticola CECT8390.

3. Biofiltro según reinvindicación anterior, en el que el soporte inerte se selecciona entre materiales residuales.

4. Método para depurar aguas contaminadas con microcistina caracterizado por las siguientes etapas: 1) el agua contaminada con microcistina se hace pasar a través del biofiltro, quedando ésta retenida en el soporte; 2) en una segunda etapa, la microcistina que está retenida en el soporte es degradada por la bacteria de la cepa Raoultella plcmticola CECT8390 inoculada previamente, dejando el biofiltro limpio y preparado para el siguiente uso.