Recursos didácticos

Regalos Microbianos

La celulosa bacteriana (CB) fue identificada por primera vez en 1886 por A.J. Brown, quien observó que ciertas bacterias productoras de vinagre formaban una fina película gelatinosa en la superficie del líquido. Esta película estaba compuesta en su totalidad de celulosa, pero a diferencia de la celulosa vegetal, procedía de bacterias y tenía propiedades únicas y notables.

Con el tiempo, los científicos reconocieron que la CB era una alternativa más pura y fuerte a la celulosa de origen vegetal, con la ventaja añadida de una producción sostenible que evita la deforestación y la extracción química. Como puede cultivarse simplemente proporcionando las condiciones adecuadas a las bacterias, la BC se ha convertido en un material prometedor para aplicaciones en medicina, ciencias medioambientales y tecnología.

Celulosa bacteriana: más pura y fuerte que la celulosa vegetal

Abuela: ¿Qué es ese calamar gigante flotando en el vinagre que hiciste?

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Desde la antigüedad, los seres humanos han buscado sustancias que les ayuden a gestionar los retos físicos y emocionales. Estas sustancias psicoactivas, ya sean naturales o sintéticas, pueden alterar la actividad cerebral y a menudo se utilizan como medicamentos. Sin embargo, su uso indebido plantea graves riesgos. El consumo excesivo o ilícito de drogas puede provocar problemas de salud, adicción y problemas sociales como la violencia y la contaminación ambiental.

El uso médico adecuado de las drogas psicoactivas y los esfuerzos para prevenir su abuso son esenciales para alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible relacionados con la salud, la justicia y la reducción de la pobreza. Además, los residuos de drogas que entran en las aguas residuales y naturales pueden interactuar con los microorganismos del medio ambiente, afectando potencialmente a los ecosistemas acuáticos. Por lo tanto, proteger el agua limpia y la vida bajo el agua también requiere abordar el consumo de drogas y su impacto medioambiental.

Epidemiología basada en las aguas residuales: vigilancia de drogas ilícitas y nuevas sustancias psicoactivas

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El dolor de oídos es frecuente, sobre todo en los niños, y en la mayoría de los casos está causado por una infección bacteriana llamada otitis. Si no se tratan adecuadamente, estas infecciones pueden provocar complicaciones graves. Para combatir las bacterias, utilizamos antibióticos, sustancias que atacan a los microbios sin dañar nuestras propias células. Los antibióticos ayudan cuando el sistema inmunitario no es suficiente y se utilizan ampliamente no sólo en medicina humana, sino también en animales, plantas e incluso con fines no terapéuticos, como la conservación de alimentos.

Antibioticos

Mamá, ¿qué son esas gotas que me pones en los oídos cuando me duelen tanto?

Todos los organismos producen residuos, pero a diferencia de los ecosistemas naturales, donde los microbios los reciclan rápidamente, los seres humanos generan grandes cantidades de residuos, tanto orgánicos como sintéticos, que superan la capacidad de la naturaleza para degradarlos. Para gestionarlos, utilizamos vertederos para los sólidos y sistemas de tratamiento de aguas residuales para los líquidos. Estos sistemas eliminan los patógenos y las sustancias químicas tóxicas, protegen la salud y son un ejemplo de reciclaje, ya que convierten los residuos orgánicos en biogás y recuperan agua limpia y nutrientes valiosos como el nitrógeno y el fósforo.

Tratamiento de aguas residuales

Mamá, ¿qué pasa con la caca cuando se tira por el inodoro?

Los agricultores cultivan alimentos mediante el cultivo de plantas y la cría de animales, utilizando la luz solar como fuente de energía y el agua del suelo para las plantas. Tanto las plantas como los animales necesitan nitrógeno para la producción de proteínas y fósforo para el material genético y las membranas celulares. Dado que el suelo contiene poco nitrógeno o fósforo en formas utilizables, los agricultores añaden fertilizantes para aumentar el rendimiento de los cultivos.

Cuando comemos, los microbios de nuestro intestino también se alimentan de estos nutrientes. Los nutrientes no utilizados, junto con los microbios, se excretan en las aguas residuales. Las aguas residuales domésticas contienen materia orgánica, nitrógeno y fósforo, que pueden ser convertidos por los microbios en digestores anaeróbicos en metano, una forma de gas natural. Los microbios también convierten el nitrógeno orgánico en amonio, que puede ser capturado y reutilizado como fertilizante. El fósforo también puede recuperarse, y el agua puede purificarse y reutilizarse después de eliminar los nutrientes.

El reciclaje de las aguas residuales, la recuperación de recursos y la obtención de agua limpia contribuyen al desarrollo sostenible.

Recuperación de recursos de las aguas residuales

Papá: Esta mañana nuestra maestra nos dijo que ya no debemos desperdiciar aguas residuales, sino usar nuestros amigos microbianos para recuperar recursos valiosos.

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Los microorganismos, al igual que los seres humanos, sobreviven utilizando las sustancias disponibles como alimento, convirtiéndolas en materiales celulares para su crecimiento y reproducción. A través del ensayo y error, combinado con la selección natural, se adaptan y se especializan en tareas específicas con el paso del tiempo.

En nuestra sociedad industrial, los residuos y subproductos requieren un tratamiento seguro. Mediante el estudio de los procesos naturales, podemos aprovechar y enriquecer los microorganismos para degradar los residuos o incluso recuperar materias primas de la producción. Sin embargo, los microorganismos actúan únicamente para su propia supervivencia, no para beneficiarnos a nosotros. Los bioingenieros desempeñan un papel clave en la creación de sistemas en los que tanto los seres humanos como los microorganismos se benefician del procesamiento de residuos y la recuperación de recursos.

Mientras que otros marcos abordan los microorganismos en el tratamiento del agua y la producción de biogás, este se centra en su papel en la promoción de la sostenibilidad planetaria a través de la bioingeniería.

Reciclaje y biorrecuperación de materiales de desecho

Papá: Quiero ser bioingeniero y contribuir a la supervivencia del planeta. ¿Por dónde empiezo?

La contaminación ambiental es un problema mundial causado por sustancias nocivas procedentes de las actividades humanas. El consumo diario y la eliminación de residuos, junto con las operaciones industriales como la minería, la producción de energía, la agricultura, la fabricación y la atención sanitaria, contribuyen a la contaminación. La industria nuclear añade residuos radiactivos procedentes de la producción de energía, medicamentos y armas.

La limpieza de la contaminación es vital para proteger la salud humana, la vida silvestre y el medio ambiente. Este marco explora cómo la biología puede remediar la contaminación por metales y radiactiva en el suelo y el agua (biorremediación), apoyando los Objetivos de Desarrollo Sostenible para entornos saludables y la eliminación de la contaminación.

Biorremediación de metales y sustancias radiactivas

Mamá, ¿cómo podemos limpiar el horrible desastre que hay donde estaba la antigua fábrica?

La vida moderna depende en gran medida de la energía procedente de combustibles fósiles como el carbón, el gas natural y el petróleo crudo, una mezcla de hidrocarburos líquidos de petróleo (LPH). Estas moléculas orgánicas, compuestas por carbono e hidrógeno, son tóxicas, mutagénicas y cancerígenas. Formado hace entre 50 y 350 millones de años, el petróleo crudo se encuentra en las profundidades del subsuelo y debe ser extraído y transportado. Los accidentes que se producen durante estos procesos pueden causar una grave contaminación medioambiental.

Los derrames de petróleo, es decir, el vertido accidental de LPH en los océanos desde buques, refinerías o plataformas petrolíferas, se encuentran entre los desastres marinos más devastadores. Matan peces, mamíferos marinos y aves, y cuando el petróleo llega a las costas, daña los hábitats, las playas y los asentamientos humanos. Derrames notables, como los desastres del Amoco Cadiz, el MT Haven y el BP/Deepwater Horizon, han causado daños medioambientales y económicos duraderos, que a menudo requieren meses o años de limpieza.

Para hacer frente a estos retos, se están realizando importantes esfuerzos centrados en tecnologías avanzadas, especialmente la biotecnología, con el fin de mitigar los derrames de petróleo y apoyar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).

Derrames de petróleo

Mamá: La abuela y yo vimos la televisión hoy y oímos que un accidente de barco en el mar causó un derrame de petróleo que dañó gravemente el medio ambiente. ¿Qué significa un derrame de petróleo?

Biogás

Mamá: Hoy, la abuela y yo tomamos un autobús verde brillante para recorrer la ciudad. Decía "autobús de biogás". ¿Qué significa?

Gran parte de la energía que alimenta nuestras vidas proviene de combustibles fósiles no renovables como el carbón, el gas natural y el petróleo. Estas fuentes se están agotando y contaminan el aire, el agua y el suelo, mientras que su extracción y uso contribuyen significativamente al calentamiento global. La transición hacia energías limpias y renovables es esencial para un futuro sostenible.

Los microbios pueden producir biocombustibles a partir de materiales vegetales, lo que ofrece alternativas renovables a los combustibles fósiles. La expansión de la industria de los biocombustibles puede reducir la huella de carbono y crear puestos de trabajo rurales de calidad. Aunque el bioetanol y el biodiésel ya están disponibles, los avances están allanando el camino para combustibles más sofisticados.

Utilización de microbios para la producción de biocombustibles

Abuelo: Cuando visitamos a nuestros familiares durante las vacaciones de primavera, vi una pegatina en el avión que decía «biocombustible sostenible». ¿Qué es el biocombustible y es bueno para el medio ambiente?

Polímeros microbianos y plásticos de base biológica

Papá, ¿por qué ahora me envuelves los sándwiches en papel? Siempre usabas plástico.

El hormigón es fundamental para la construcción moderna, ya que constituye la base de edificios destinados a la sanidad, la industria, la educación y el transporte. Sin embargo, su producción tiene un impacto medioambiental significativo, ya que contribuye entre el 4 % y el 8 % de las emisiones globales de CO2 y agrava el cambio climático.

La combinación de la arquitectura con la microbiología ofrece soluciones sostenibles. Por ejemplo, se pueden utilizar bacterias para crear materiales «autorreparables», lo que mejora la durabilidad y reduce los costes medioambientales. Innovaciones como las comunidades de biopelículas y los microbiomas de piedra podrían allanar el camino para la construcción de edificios ecológicos con capacidad de autorreparación, transformando los métodos de construcción tradicionales.

Hormigón vivo

Momia: ¿cómo puede estar vivo el hormigón?

Las setas suelen asociarse con enfermedades, descomposición y muerte, como reflejan nombres como «trompeta de la muerte», «boletus bruja» y «huevo del diablo». Aunque algunos hongos dañan los árboles —como una seta melosa de Oregón que mató a muchos árboles y es el organismo más grande de la Tierra—, las setas son solo las estructuras reproductivas de los hongos. La mayor parte de un hongo crece de forma invisible como una red de hifas filiformes llamadas micelio, que colonizan el suelo, la madera o los organismos vivos y producen hongos para liberar esporas cuando las condiciones son adecuadas. El micelio del hongo de la miel de Oregón abarca 10 km² y ha crecido durante miles de años.

Las setas también pueden ser perjudiciales para los seres humanos; alrededor del 1-2 % son venenosas. Por ejemplo, se dice que el emperador romano Claudio fue envenenado en el año 54 d. C. con una seta mortal, la amanita viscosa, escondida en un plato de setas de César. Sin embargo, las setas no solo son perjudiciales, sino que también son muy beneficiosas. Proporcionan alimento, favorecen la salud y ofrecen alternativas sostenibles a materiales como el plástico, lo que las hace fundamentales para alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Usos de los hongos: ¡Nuestro mundo se está enmoheciendo!

Señorita: Me encantan las setas en la comida (sobre todo en la pasta), pero acabo de oír hablar de vestidos hechos de setas: ¿es posible?

Imagen cortesía de Hanneke Wetzer

«¡El aceite y el agua no se mezclan!». Aunque es cierto, a menudo necesitamos mezclarlos, como cuando lavamos los platos con detergente, que contiene tensioactivos para eliminar los residuos aceitosos. Del mismo modo, los microbios producen biosurfactantes y bioemulsionantes para romper el aceite en pequeñas gotas, aumentando su superficie y «biodisponibilidad» para su degradación, como durante la limpieza de un derrame de petróleo.

Estas sustancias son cruciales para la biología y la ecología microbianas, pero también tienen amplias aplicaciones para los seres humanos. Se utilizan en la producción de alimentos, bebidas, medicamentos, productos de cuidado personal, textiles, construcción y muchas otras industrias.

Biopolímeros microbianos y surfactantes

Papá: aprendimos en la escuela que los microbios pueden usarse para limpiar los desechos grasos. Cuando lavamos los platos, usamos detergentes para quitar la grasa. ¿Los microbios también usan detergentes?