«Nos encontramos ante una frontera apasionante en el ámbito de la microbiología ambiental y la innovación en tratamiento de aguas». Así define Stefanos Giannakis, profesor e investigador de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), un proyecto que comprueba si tratamientos avanzados basados en luz solar pueden eliminar las bacterias que se encuentran en suelos regados con aguas residuales. Los resultados —a los que han llegado junto con la Universidad de Cartago-Túnez (UCAR)—, les han sorprendido.
Pero, primero, el contexto. La propia UPM destaca que, para ahorrar agua dulce, los agricultores riegan con agua de las depuradoras urbanas; nada ilegal, y además se cierra el ciclo del agua. Sin embargo, este agua arrastra pequeñas cantidades de antibióticos que, a lo largo de los años, hacen prosperar bacterias resistentes, haciendo que el suelo sea una especie de «incubadora» para la resistencia de fármacos.
Según Giannakis, su sistema de tratamiento solar se basa en procesos de oxidación avanzada que emplean luz solar, hierro y agentes oxidantes como el peróxido de hidrógeno (H₂O₂) o el peroximonosulfato (PMS, comercializado como Oxone) para generar radicales, especies químicas altamente reactivas, capaces de eliminar esos patógenos presentes en el agua. Exponen el agua a la luz del sol dentro de tanques poco profundos, añadiendo pequeñas dosis de hierro y agentes oxidantes seguros. El sol hace el resto.
Así, cuando el hierro y uno de estos oxidantes se exponen a la luz solar, se desencadena una reacción que produce radicales como los radicales hidroxilo o los radicales sulfato. Es decir, esas especies químicas extremadamente reactivas que son las que pueden degradar membranas bacterianas, dañar su ADN y, de este modo, «eliminar virus, hongos y otros contaminantes y agentes patógenos».
«La clave reside en la sinergia entre estos componentes», explica Giannakis. «La luz solar reactiva el hierro durante el proceso, lo que mantiene activo el ciclo de reacción y reduce la necesidad de añadir productos químicos de forma continua. Esto hace que el enfoque no sólo sea eficaz, sino también autocatalítico, rentable y autosuficiente, siempre que estén presentes sus componentes».
Las diferencias entre suelos
Cabe destacar que estos procesos de tratamiento solar ya han ganado popularidad, por ejemplo, en regiones soleadas que tienen acceso limitado a infraestructuras convencionales de depuración de aguas, o como indica el profesor de la UPM, «una solución sencilla y asequible para el tratamiento de aguas residuales antes de su reutilización en agricultura».
Pero ¿qué diferencias se pueden encontrar entre suelos que se riegan con aguas residuales durante cinco o 25 años? Giannakis responde claro: los efectos, sobre todo a largo plazo, resultaron «evidentes».
Y es que, con el tiempo, se observa una disminución del contenido microbiano y del pH del suelo, junto con un aumento en la salinidad, la conductividad eléctrica y la concentración de metales pesados como cobre, plomo y cadmio. «Lo más significativo —apostilla— fue la aparición de un mayor número de bacterias resistentes tanto a antibióticos como a metales pesados, especialmente en los suelos expuestos durante 25 años».
Son bacterias como la Escherichia coli y la Pseudomonas spp., conocidas por incluir cepas patógenas, más abundantes tras una exposición prolongada a aguas residuales. «Aún más preocupante fue la detección de bacterias multirresistentes, es decir, capaces de sobrevivir simultáneamente a múltiples antibióticos y metales», añade.
Sin embargo, lo que realmente les sorprendió —tanto a él como a la profesora Rakia Chouari, la responsable del proyecto de la UCAR— fue el hallazgo de especies bacterianas indicadoras del uso histórico de aguas residuales tratadas.
«Por ejemplo, Vicinamibacteraceae y Saccharimonadaceae aparecían de forma consistente en suelos irrigados, mientras que Halomonadaceae se hallaba principalmente en suelos que nunca habían sido regados con aguas tratadas». Esto es, que esas huellas microbianas podrían emplearse como sistemas de alerta temprana para el seguimiento del uso prolongado de aguas residuales en entornos agrícolas. Y, de este modo, poder pararlas a tiempo.
Las supervivientes
Con estos tratamientos también descubrieron que algunas bacterias supervivientes no sólo no desaparecían, sino que se volvían más fuertes. Es más: algunas incluso se comían los antibióticos usándolos como alimento. Ese fenómeno se llama antibiotrofia.
«La antibiotrofia es una estrategia microbiana tan fascinante como potencialmente peligrosa», resume Giannakis. Básicamente, es la capacidad de ciertas bacterias para degradar y metabolizar antibióticos, no sólo resistiendo su efecto, sino también comiéndoselos, utilizándolos como fuente de nutrientes.
«Este fenómeno tiene lugar cuando se activan genes específicos que producen enzimas capaces de descomponer las moléculas de antibióticos. En algunos casos, estos genes se encuentran en plásmidos, lo que permite su transferencia entre bacterias, incluso hacia especies previamente sensibles», cuenta.
¿Dónde reside el peligro?, se pregunta el propio profesor. Pues en entornos donde los antibióticos están presentes de forma continuada, como los suelos irrigados con aguas residuales, donde se favorece la propagación acelerada de genes de resistencia.
«Si estas bacterias alcanzan a personas o animales, podrían dar lugar a infecciones difíciles de tratar», advierte. «Aunque no podemos eliminar este riesgo por completo, sí podemos reducir la presión selectiva. Para ello es fundamental minimizar la presencia de antibióticos en el medio ambiente, mediante mejores sistemas de depuración, control de vertidos farmacéuticos y políticas que limiten el uso innecesario de antibióticos».
Otros usos y réplicas a gran escala
Según el investigador, se podrían utilizar esas bacterias que consumen antibióticos en otros contextos. De hecho, es uno de los aspectos más prometedores de la antibiotrofia. «En sistemas controlados y confinados, estas bacterias capaces de degradar antibióticos podrían emplearse para eliminar residuos farmacéuticos presentes en aguas o suelos contaminados, contribuyendo así a reducir la contaminación ambiental y a frenar la propagación de la resistencia antibiótica».
Un proceso que podría ser útil también en plantas de depuración hospitalaria o instalaciones de producción farmacéutica. «Eso sí —apunta Giannakis—, resulta imprescindible evaluar el perfil genético y la seguridad de las cepas utilizadas, y establecer protocolos rigurosos para su eliminación una vez completado el proceso de descontaminación. Utilizadas de forma responsable, estas bacterias podrían convertirse en aliadas valiosas en la gestión de la contaminación por antibióticos».
Por otro lado, para trasladar este sistema del laboratorio a su aplicación a escala real, sería necesario optimizar diversos elementos clave. Y enumera: escalar la producción y el uso de bacterias degradadoras de contaminantes; evaluar el tiempo necesario para la descontaminación, así como la cantidad de bacterias y oxidantes requeridos en condiciones reales; comprobar que la degradación de los contaminantes no genera subproductos más tóxicos que los compuestos originales, y por último, desarrollar métodos seguros para eliminar o neutralizar las bacterias una vez finalizada su función.
Y volvemos al principio, a cómo definía Giannakis este proyecto, esa «frontera apasionante». «Con más investigación y una implementación cuidadosa, este sistema podría convertirse en una solución práctica y basada en la naturaleza para afrontar algunos de los retos más urgentes en contaminación y salud pública».
