Presentaci

3. La contaminación ambiental con metales pesados y radionucleótidos es un serio problema tanto para la salud humana como para la agricultura. La fitorremediación es una de las tecnologías emergentes que podrá solucionar, al menos parcialmente, este problema. Tanto la contaminación de suelos como la de aguas ponen en riesgo nuestra salud y la calidad de vida. El níquel, por ejemplo, puede producir desde irritación en la piel hasta daños pulmonares, en el sistema nervioso y en membranas mucosas, y es además un agente carcingénico. Por otro lado, el plomo puede producir anemia, enfermedades del hígado y riñones, daño cerebral y hasta la muerte. Referencias: Salt D.E., Smith R.D., Raskin I. Phytoremediation. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 49:643-668, 1998. La contaminación ambiental con metales pesados y radionucleótidos es un serio problema tanto para la salud humana como para la agricultura. La fitorremediación es una de las tecnologías emergentes que podrá solucionar, al menos parcialmente, este problema. Tanto la contaminación de suelos como la de aguas ponen en riesgo nuestra salud y la calidad de vida. El níquel, por ejemplo, puede producir desde irritación en la piel hasta daños pulmonares, en el sistema nervioso y en membranas mucosas, y es además un agente carcingénico. Por otro lado, el plomo puede producir anemia, enfermedades del hígado y riñones, daño cerebral y hasta la muerte. Referencias: Salt D.E., Smith R.D., Raskin I. Phytoremediation. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 49:643-668, 1998.

4. La actividad industrial ha crecido enormemente desde sus comienzos. Este crecimiento fue acompañado con el aumento de desechos tóxicos, nocivos tanto para el ambiente como para los organismos que en él habitan, incluyendo al hombre. La necesidad de disminuir el impacto ambiental de los subproductos industriales ocupa un lugar creciente en la agenda pública. Paralelamente, comienza a divisarse un nuevo mercado económico, dirigido hacia el tratamiento de efluentes y descontaminación ambiental. Se presentan datos referidos al costo actual de los procesos de descontaminación en los Estados Unidos. La actividad industrial ha crecido enormemente desde sus comienzos. Este crecimiento fue acompañado con el aumento de desechos tóxicos, nocivos tanto para el ambiente como para los organismos que en él habitan, incluyendo al hombre. La necesidad de disminuir el impacto ambiental de los subproductos industriales ocupa un lugar creciente en la agenda pública. Paralelamente, comienza a divisarse un nuevo mercado económico, dirigido hacia el tratamiento de efluentes y descontaminación ambiental. Se presentan datos referidos al costo actual de los procesos de descontaminación en los Estados Unidos.

5. Existen diversas alternativas tecnológicas para el tratamiento de suelos y aguas contaminados, pero su alto costo hace que muchas de éstas resulten poco factibles desde el punto de vista económico. Recientemente se ha generado un gran interés en la utilización de algunas especies vegetales capaces capaces de crecer en suelos altamente contaminados para su utilización en técnicas de biorremediación. Muchas de estas especies acumulan las sustancias contaminantes en su porción aérea y esto permite utilizarlas como extractores de bajo costo de una variada categoría de sustancias tóxicas.Existen diversas alternativas tecnológicas para el tratamiento de suelos y aguas contaminados, pero su alto costo hace que muchas de éstas resulten poco factibles desde el punto de vista económico. Recientemente se ha generado un gran interés en la utilización de algunas especies vegetales capaces capaces de crecer en suelos altamente contaminados para su utilización en técnicas de biorremediación. Muchas de estas especies acumulan las sustancias contaminantes en su porción aérea y esto permite utilizarlas como extractores de bajo costo de una variada categoría de sustancias tóxicas.

6. Existe abundante literatura sobre la remediación de suelos y aguas mediante el uso de plantas. Esta tecnología, aún emergente, se vuelve cada vez más prometedora dadas las grandes ventajas que presenta con respecto a las viejas tecnologías utilizadas en descontaminación. Pueden encontrarse distintas definiciones de “fitorremediación”, dependiendo del autor responsable de la publicación que se analice. Se presentan dos de ellas, a modo de ejemplo. Existe abundante literatura sobre la remediación de suelos y aguas mediante el uso de plantas. Esta tecnología, aún emergente, se vuelve cada vez más prometedora dadas las grandes ventajas que presenta con respecto a las viejas tecnologías utilizadas en descontaminación. Pueden encontrarse distintas definiciones de “fitorremediación”, dependiendo del autor responsable de la publicación que se analice. Se presentan dos de ellas, a modo de ejemplo.

7. Se conocen hasta el momento más de 400 especies vegetales capaces de acumular de sustancias tóxicas con distintos grados de eficiencia. La fitorremediación ofrece una serie de ventajas en comparación con las técnicas tradicionales de descontaminación ambiental. Algunas de las ventajas más importantes se ennumeran en esta diapositiva. Sin duda, el mayor beneficio que deriva de los métodos de fitorremediación es de tipo económico. Por ejemplo, el costo para remediar un acre de suelo de 50 cm de profundidad ronda los U$S 400.000 en Estados Unidos si se aplican tecnologías de excavación, mientras que si se utilizan plantas con el mismo propósito el costo desciende a U$S 60.000. Esta diferencia se debe principalmente a que no se necesitan maquinarias costosas ni personal altamente calificado. Se conocen hasta el momento más de 400 especies vegetales capaces de acumular de sustancias tóxicas con distintos grados de eficiencia. La fitorremediación ofrece una serie de ventajas en comparación con las técnicas tradicionales de descontaminación ambiental. Algunas de las ventajas más importantes se ennumeran en esta diapositiva. Sin duda, el mayor beneficio que deriva de los métodos de fitorremediación es de tipo económico. Por ejemplo, el costo para remediar un acre de suelo de 50 cm de profundidad ronda los U$S 400.000 en Estados Unidos si se aplican tecnologías de excavación, mientras que si se utilizan plantas con el mismo propósito el costo desciende a U$S 60.000. Esta diferencia se debe principalmente a que no se necesitan maquinarias costosas ni personal altamente calificado.

8. En muchos casos la fitorremediación se utiliza como paso final para la descontaminación de algún sitio que previamente fue tratado mediante el uso de otras tecnologías. A pesar de las grandes ventajas listadas en el cuadro anterior, al encarar un proceso de fitorremediación deben considerarse también las limitaciones de este enfoque. Las principales limitaciones se ennumeran en esta diapositiva. Un riesgo que debe ser correctamente evaluado es el efecto potencial sobre la cadena alimentaria. Por ejemplo, si algún hervíboro se alimenta de plantas utilizadas en un proceso de fitorremediación, ello podría tener efectos nocivos y hasta letales sobre él y/o sobre sus predadores. Aunque se trabajando activamente en el análisis de efectos de este tipo, se requiere aún más investigación para elaborar métodos de manejo adecuados.En muchos casos la fitorremediación se utiliza como paso final para la descontaminación de algún sitio que previamente fue tratado mediante el uso de otras tecnologías. A pesar de las grandes ventajas listadas en el cuadro anterior, al encarar un proceso de fitorremediación deben considerarse también las limitaciones de este enfoque. Las principales limitaciones se ennumeran en esta diapositiva. Un riesgo que debe ser correctamente evaluado es el efecto potencial sobre la cadena alimentaria. Por ejemplo, si algún hervíboro se alimenta de plantas utilizadas en un proceso de fitorremediación, ello podría tener efectos nocivos y hasta letales sobre él y/o sobre sus predadores. Aunque se trabajando activamente en el análisis de efectos de este tipo, se requiere aún más investigación para elaborar métodos de manejo adecuados.

9. Pueden distinguirse distintos tipos de fitorremediación según el modo en que la planta capta o metaboliza la sustancia contaminante. Una de las formas más importantes, la fitoextracción, involucra el uso de plantas terrestres para absorber metales pesados desde el suelo, para luego transportarlos hacia el tallo y las hojas. Una vez fitoextraídos, los metales pueden acumularse en la porción aérea de la planta y cosecharse para luego reducir su volumen por incineración. Los compuestos tóxicos pueden también liberarse como especies volátiles menos tóxicas. Referencias: Buchanan B., Gruissem W., Jones R. Biochemistry and Molecular Biology of Plants, American Society of Plant Physiologists, Rockville, Maryland, 2000.Pueden distinguirse distintos tipos de fitorremediación según el modo en que la planta capta o metaboliza la sustancia contaminante. Una de las formas más importantes, la fitoextracción, involucra el uso de plantas terrestres para absorber metales pesados desde el suelo, para luego transportarlos hacia el tallo y las hojas. Una vez fitoextraídos, los metales pueden acumularse en la porción aérea de la planta y cosecharse para luego reducir su volumen por incineración. Los compuestos tóxicos pueden también liberarse como especies volátiles menos tóxicas. Referencias: Buchanan B., Gruissem W., Jones R. Biochemistry and Molecular Biology of Plants, American Society of Plant Physiologists, Rockville, Maryland, 2000.

10. El diseño del sistema a utilizar para la descontaminación variará según el o los compuestos contaminantes, la concentración de dichas sustancias y las condiciones del sitio a remediar. El tipo de fitorremediación que será utilizado es muy importante, ya que el diseño del sistema dependerá de ello. Algunos factores clave a tener en cuenta son: Selección de la especie vegetal: en general se utilizan plantas de rápido crecimiento, fáciles de crecer y mantener. No debe olvidarse el requerimiento de agua de las plantas en el terreno en que serán ubicadas. Algunos diseños utilizan especies autóctonas para no modificar demasiado la flora local. Obviamente, la especie seleccionada deberá descontaminar eficientemente la sustancia tóxica. Pueden utilizarse plantas, árboles, pastos y algas. Datos de toxicidad y transformación de contaminantes: es necesario analizar el tipo de contaminación para asegurar la correcta elección del sistema. Probablemente deben realizarse ensayos a pequeña escala para comparar la efectividad de descontaminación de distintas especies. También será necesario analizar la cantidad y características de los compuestos que la planta produce y/o libera. Esquema y densidad de las plantaciones: la densidad de plantación dependerá de la planta utilizada y del tipo de aplicación. Debe estimarse la cantidad de biomasa producida lo largo del tiempo por unidad de superficie. Además, en algunos casos será necesario realizar plantaciones sucesivas a lo largo de un período preestablecido. Irrigación, insumos agronómicos y mantenimiento: en aplicaciones de fitorremediación terrestre debe incluirse el costo de irrigación. La frecuencia y cantidad de lluvia, la sequía, y el clima regional son factores que podrán modificar el requerimiento de agua de riego. Otros costos importantes que deben incluirse en el plan son las plantaciones sucesivas, el mantenimiento y monitoreo, la cosecha y la fertilización, entre otros. Zona de captura de agua y tasa de transpiración: debe analizarse el movimiento del agua y su destino final. Un árbol maduro es capaz de liberar más de 760 litros de agua por año. En algunos casos, las plantas liberarán al medio productos menos tóxicos que aquellos que les dieron origen mediante el proceso de transpiración. Tasa de captación del contaminante y tiempo de limpieza requerido: existen varias ecuaciones para determinar la tasa de contaminación. Análisis de riesgos contingentes: no debe excluirse la posibilidad de que se presenten eventos inesperados (plagas, sequía, vientos, animales, etc.) que pongan en peligro el sistema de fitorremediación planteado. Es recomendable considerar ésto y disponer de estrategias de contingencia para asegurar el éxito del programa. Referencias: Schnoor J.L. Phytoremediation. Technology Overview Report, Ground-Water Remediation Technologies Analysis Center, oct 1997.El diseño del sistema a utilizar para la descontaminación variará según el o los compuestos contaminantes, la concentración de dichas sustancias y las condiciones del sitio a remediar. El tipo de fitorremediación que será utilizado es muy importante, ya que el diseño del sistema dependerá de ello. Algunos factores clave a tener en cuenta son: Selección de la especie vegetal: en general se utilizan plantas de rápido crecimiento, fáciles de crecer y mantener. No debe olvidarse el requerimiento de agua de las plantas en el terreno en que serán ubicadas. Algunos diseños utilizan especies autóctonas para no modificar demasiado la flora local. Obviamente, la especie seleccionada deberá descontaminar eficientemente la sustancia tóxica. Pueden utilizarse plantas, árboles, pastos y algas. Datos de toxicidad y transformación de contaminantes: es necesario analizar el tipo de contaminación para asegurar la correcta elección del sistema. Probablemente deben realizarse ensayos a pequeña escala para comparar la efectividad de descontaminación de distintas especies. También será necesario analizar la cantidad y características de los compuestos que la planta produce y/o libera. Esquema y densidad de las plantaciones: la densidad de plantación dependerá de la planta utilizada y del tipo de aplicación. Debe estimarse la cantidad de biomasa producida lo largo del tiempo por unidad de superficie. Además, en algunos casos será necesario realizar plantaciones sucesivas a lo largo de un período preestablecido. Irrigación, insumos agronómicos y mantenimiento: en aplicaciones de fitorremediación terrestre debe incluirse el costo de irrigación. La frecuencia y cantidad de lluvia, la sequía, y el clima regional son factores que podrán modificar el requerimiento de agua de riego. Otros costos importantes que deben incluirse en el plan son las plantaciones sucesivas, el mantenimiento y monitoreo, la cosecha y la fertilización, entre otros. Zona de captura de agua y tasa de transpiración: debe analizarse el movimiento del agua y su destino final. Un árbol maduro es capaz de liberar más de 760 litros de agua por año. En algunos casos, las plantas liberarán al medio productos menos tóxicos que aquellos que les dieron origen mediante el proceso de transpiración. Tasa de captación del contaminante y tiempo de limpieza requerido: existen varias ecuaciones para determinar la tasa de contaminación. Análisis de riesgos contingentes: no debe excluirse la posibilidad de que se presenten eventos inesperados (plagas, sequía, vientos, animales, etc.) que pongan en peligro el sistema de fitorremediación planteado. Es recomendable considerar ésto y disponer de estrategias de contingencia para asegurar el éxito del programa. Referencias: Schnoor J.L. Phytoremediation. Technology Overview Report, Ground-Water Remediation Technologies Analysis Center, oct 1997.

11. a: métodos de fitorremediación: FE: fitoextracción FV: fitovolatilización RF: rizofiltración FEAQ: fitoextracción asistida por quelantes FEC: fitoextracción contínua La fitoextracción, uno de los tipos más utilizados dentro de la fitorremediación y es empleada comercialmente para la descontaminación de ciertos metales. En la tabla se presentan ejemplos de pruebas de campo realizadas para descontaminar distintos compuestos. Sin embargo, aún se requiere un mayor desarrollo de la tecnología para optimizar la capacidad de las especies fitoextractoras. Una posibilidad a considerar es la aplicación de técnicas mixtas, es decir, fitorremediación sumada a tecnologías tradicionales. Referencias: Salt D.E., Smith R.D., Raskin I. Phytoremediation. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 49:643-668, 1998. a: métodos de fitorremediación: FE: fitoextracción FV: fitovolatilización RF: rizofiltración FEAQ: fitoextracción asistida por quelantes FEC: fitoextracción contínua La fitoextracción, uno de los tipos más utilizados dentro de la fitorremediación y es empleada comercialmente para la descontaminación de ciertos metales. En la tabla se presentan ejemplos de pruebas de campo realizadas para descontaminar distintos compuestos. Sin embargo, aún se requiere un mayor desarrollo de la tecnología para optimizar la capacidad de las especies fitoextractoras. Una posibilidad a considerar es la aplicación de técnicas mixtas, es decir, fitorremediación sumada a tecnologías tradicionales. Referencias: Salt D.E., Smith R.D., Raskin I. Phytoremediation. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 49:643-668, 1998.

12. Pueden distinguirse tres grandes procesos dentro de la acumulación de metales pesados en las plantas: la captación por las raíces, el transporte y los mecanismos de evasión o tolerancia. Captación por las raíces: los metales pueden presentarse en solución dentro del suelo o adsorbidos a componentes del mismo. En el primer caso, la planta será capaz de absorberlos directamente de la solución en la que se encuentran. En el segundo caso, será necesario solubilizar los metales mediante la secreción radicular de fitosideróforos, proteínas quelantes (fitoquelatinas y metalotioneínas), y protones que acidifican el medio. Una vez solubilizados, los iones metálicos podrán ingresar a la raíz por vía apoplástica (extracelular) o por vía simplástica (intracelular). Transporte: una vez que los metales se encuentran dentro de la planta, pueden ser acumulados en las raíces o exportados hacia el tallo. La exportación hacia el tallo se realiza a través del xilema, y luego la redistribución dentro del tallo de realiza por el floema. Finalmente, los metales son almacenados dentro de la vacuola celular. Mecanismos de evasión o tolerancia: la planta debe contar con mecanismos que eviten que los metales pesados la afecten severamente. La evasión, es decir, la limitación en la captación de los metales, puede ser uno de los sistemas utilizados. La detoxificación o metabolismos resistentes a los metales pesados son otras alternativas para evitar el efecto tóxico. Referencia: Salt D., Blaylock M., Kumar N., Dushenkov V., Ensley B., Chet I. Phytoremediation: a novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants. Biotechnology, 13:468-474, 1995. Pueden distinguirse tres grandes procesos dentro de la acumulación de metales pesados en las plantas: la captación por las raíces, el transporte y los mecanismos de evasión o tolerancia. Captación por las raíces: los metales pueden presentarse en solución dentro del suelo o adsorbidos a componentes del mismo. En el primer caso, la planta será capaz de absorberlos directamente de la solución en la que se encuentran. En el segundo caso, será necesario solubilizar los metales mediante la secreción radicular de fitosideróforos, proteínas quelantes (fitoquelatinas y metalotioneínas), y protones que acidifican el medio. Una vez solubilizados, los iones metálicos podrán ingresar a la raíz por vía apoplástica (extracelular) o por vía simplástica (intracelular). Transporte: una vez que los metales se encuentran dentro de la planta, pueden ser acumulados en las raíces o exportados hacia el tallo. La exportación hacia el tallo se realiza a través del xilema, y luego la redistribución dentro del tallo de realiza por el floema. Finalmente, los metales son almacenados dentro de la vacuola celular. Mecanismos de evasión o tolerancia: la planta debe contar con mecanismos que eviten que los metales pesados la afecten severamente. La evasión, es decir, la limitación en la captación de los metales, puede ser uno de los sistemas utilizados. La detoxificación o metabolismos resistentes a los metales pesados son otras alternativas para evitar el efecto tóxico. Referencia: Salt D., Blaylock M., Kumar N., Dushenkov V., Ensley B., Chet I. Phytoremediation: a novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants. Biotechnology, 13:468-474, 1995.

13. Se presentan algunos ejemplos de las especies más utilizadas en la fitorremediación. En particular, los álamos han sido utilizados para la remoción de suelos contaminados con diversos compuestos. Entre ellos, pueden citarse como ejemplos la atrazina (Burken and Schnoor, 1997), el tricloroetileno (Newman et el., 1997) y el selenio (Pilon-Smits et al., 1998). Referencias: Burken, J.G. and Schnoor, J.L. Uptake and metabolism of atrazine by poplar trees. Environ. Sci. Technol., 31:1399-1406, 1997. Newman, L.A., Strand, S.E., Choe, N., Duffy, J., Ekuan, G., Ruszaj, M., Shurtleff, B.B., Wilmoth, J., Heilman, P. and Gordon, M.P. Uptake and biotransformation of trichloroethylene by hybrid poplars. Environ. Sci. Technol., 31:1062-1067, 1997. Pilon-Smits, E.A.H., de Souza, M.P., Lytle, C.M., Shang, C., Lugo, T. and Terry, N. Selenium volatilization and assimilation by hybrid poplar (Populus tremula x P. alba). J. Exp. Bot., 49:1889-1892, 1998. Se presentan algunos ejemplos de las especies más utilizadas en la fitorremediación. En particular, los álamos han sido utilizados para la remoción de suelos contaminados con diversos compuestos. Entre ellos, pueden citarse como ejemplos la atrazina (Burken and Schnoor, 1997), el tricloroetileno (Newman et el., 1997) y el selenio (Pilon-Smits et al., 1998). Referencias: Burken, J.G. and Schnoor, J.L. Uptake and metabolism of atrazine by poplar trees. Environ. Sci. Technol., 31:1399-1406, 1997. Newman, L.A., Strand, S.E., Choe, N., Duffy, J., Ekuan, G., Ruszaj, M., Shurtleff, B.B., Wilmoth, J., Heilman, P. and Gordon, M.P. Uptake and biotransformation of trichloroethylene by hybrid poplars. Environ. Sci. Technol., 31:1062-1067, 1997. Pilon-Smits, E.A.H., de Souza, M.P., Lytle, C.M., Shang, C., Lugo, T. and Terry, N. Selenium volatilization and assimilation by hybrid poplar (Populus tremula x P. alba). J. Exp. Bot., 49:1889-1892, 1998.

14. La fitorremediación puede aplicarse tanto para tratar contaminación con compuestos orgánicos como para sustancias inorgánicas. Los agentes contaminantes pueden a su vez, estar presentes en un sustrato sólido (suelo), líquido (agua), o en el aire. Tomando en cuenta estos factores, los procesos de fitorremediación puede dividirse en distintos tipos: fitoextracción, rizofiltración, fitoestimulación, fitoestabilización, y fitotransformación. En la transparencia se resumen los aspectos esenciales de cada tipo de proceso Referencias: Salt D.E., Smith R.D., Raskin I.. Phytoremediation. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 49:643-668, 1998. La fitorremediación puede aplicarse tanto para tratar contaminación con compuestos orgánicos como para sustancias inorgánicas. Los agentes contaminantes pueden a su vez, estar presentes en un sustrato sólido (suelo), líquido (agua), o en el aire. Tomando en cuenta estos factores, los procesos de fitorremediación puede dividirse en distintos tipos: fitoextracción, rizofiltración, fitoestimulación, fitoestabilización, y fitotransformación. En la transparencia se resumen los aspectos esenciales de cada tipo de proceso Referencias: Salt D.E., Smith R.D., Raskin I.. Phytoremediation. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 49:643-668, 1998.

15. Complementando la transparencia anterior, se ennumeran los distintos tipos de fitorremediación con algunos ejemplos de sustancias para las que han sido utilizadas Referencias: McCutcheon S. The environment: plants and microorganisms to control pollution. PBI Bulletin, Plant Biotechnology Institute, September 1998. Complementando la transparencia anterior, se ennumeran los distintos tipos de fitorremediación con algunos ejemplos de sustancias para las que han sido utilizadas Referencias: McCutcheon S. The environment: plants and microorganisms to control pollution. PBI Bulletin, Plant Biotechnology Institute, September 1998.

17. La planta ideal para su utilización en procesos de fitoextracción debería tolerar y acumular altas concentraciones de metales en las partes cosechables, tener una alta tasa de crecimiento y una alta producción de biomasa. Thlapsi caerulescens, perteneciente a la familia Brassicaceae, es una de las plantas identificadas como buenas hiperacumuladora de metales. Sin embargo, su reducido tamaño limita la utilización de esta especie en aplicaciones a campo. Brassica juncea es otra especie prometedora para ser utilizadas en este proceso. Es capaz de acumular distintos metales pesados en su tallo, y posee una producción de biomasa mayor que T. caerulescens. Sin embargo, para la mayoría de los casos citados en la tabla, T. caerulescens acumula niveles más altos de metales pesados que B. juncea. En consecuencia, al elegir la especie para un sistema de fitoextracción es muy importante establecer la relación entre la biomasa producida y la capacidad de acumular sustancias tóxicas. Referencias: Salt D., Blaylock M., Kumar N., Dushenkov V., Ensley B., Chet I. Phytoremediation: a novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants. Biotechnology, 13:468-474, 1995. La planta ideal para su utilización en procesos de fitoextracción debería tolerar y acumular altas concentraciones de metales en las partes cosechables, tener una alta tasa de crecimiento y una alta producción de biomasa. Thlapsi caerulescens, perteneciente a la familia Brassicaceae, es una de las plantas identificadas como buenas hiperacumuladora de metales. Sin embargo, su reducido tamaño limita la utilización de esta especie en aplicaciones a campo. Brassica juncea es otra especie prometedora para ser utilizadas en este proceso. Es capaz de acumular distintos metales pesados en su tallo, y posee una producción de biomasa mayor que T. caerulescens. Sin embargo, para la mayoría de los casos citados en la tabla, T. caerulescens acumula niveles más altos de metales pesados que B. juncea. En consecuencia, al elegir la especie para un sistema de fitoextracción es muy importante establecer la relación entre la biomasa producida y la capacidad de acumular sustancias tóxicas. Referencias: Salt D., Blaylock M., Kumar N., Dushenkov V., Ensley B., Chet I. Phytoremediation: a novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants. Biotechnology, 13:468-474, 1995.

18. Se ennumeran algunas plantas típicas empleadas en procesos de fitoextracción. Thlapsi caerulescens es una de las especies más estudiadas por su capacidad hiperacumuladora. Esta especie puede acumular hasta 40 mg de zinc por g de tejido foliar seco. También puede acumular niveles considerables de cadmio. Sin embargo, es una planta de crecimiento lento y genera poca biomasa, por lo que se la usa principalmente como un modelo experimental. Referencias: Buchanan B., Gruissem W., Jones R.. Biochemistry and molecular biology of plants. American Society of Plant Physiologists, Rockville, Maryland, 2000. Se ennumeran algunas plantas típicas empleadas en procesos de fitoextracción. Thlapsi caerulescens es una de las especies más estudiadas por su capacidad hiperacumuladora. Esta especie puede acumular hasta 40 mg de zinc por g de tejido foliar seco. También puede acumular niveles considerables de cadmio. Sin embargo, es una planta de crecimiento lento y genera poca biomasa, por lo que se la usa principalmente como un modelo experimental. Referencias: Buchanan B., Gruissem W., Jones R.. Biochemistry and molecular biology of plants. American Society of Plant Physiologists, Rockville, Maryland, 2000.

19. La biodisponibilidad del los metales para su captación por la planta es un factor determinante de la efectividad de la remediación. Los metales en estado iónico o adsorbidos a constituyentes inorgánicos del suelo pueden ser captados por la planta para comenzar el proceso de fitoextracción. El manejo de la biodisponibilidad de los metales es crítico para que el éxito de cualquier plan de fitorremediación, existiendo varios métodos para incrementar la misma. Por ejemplo, el agregado de quelantes origina la formación de complejos quelante-metal y permite que los metales estén disponibles para su captación por la planta. En suelos con bajo pH, la adsorción de los metales se halla disminuida y aumenta la concentración de las formas solubles. En este caso, manteniendo un pH levemente ácido se puede incrementar la biodisponibilidad de los metales, y por lo tanto su captación. Muchos metales pesados están unidos a óxidos, y su disolución es otra forma de aumentar la biodisponibilidad. Algunas plantas exudan agentes reductores por sus raíces, lo que modifica el estado redox del suelo y permite disociar los óxidos metálicos. Es sabido también que los microorganismos presentes en la rizósfera facilitan la captación de nutrientes por la planta. Enriqueciendo la rizósfera en microorganismos capaces de favorecer la captación de metales pesados puede contribuir a facilitar la biodisponibilidad. Referencias: Salt D., Blaylock M., Kumar N., Dushenkov V., Ensley B, Chet I. Phytoremediation: a novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants. Biotechnology, 13:468-474, 1995.La biodisponibilidad del los metales para su captación por la planta es un factor determinante de la efectividad de la remediación. Los metales en estado iónico o adsorbidos a constituyentes inorgánicos del suelo pueden ser captados por la planta para comenzar el proceso de fitoextracción. El manejo de la biodisponibilidad de los metales es crítico para que el éxito de cualquier plan de fitorremediación, existiendo varios métodos para incrementar la misma. Por ejemplo, el agregado de quelantes origina la formación de complejos quelante-metal y permite que los metales estén disponibles para su captación por la planta. En suelos con bajo pH, la adsorción de los metales se halla disminuida y aumenta la concentración de las formas solubles. En este caso, manteniendo un pH levemente ácido se puede incrementar la biodisponibilidad de los metales, y por lo tanto su captación. Muchos metales pesados están unidos a óxidos, y su disolución es otra forma de aumentar la biodisponibilidad. Algunas plantas exudan agentes reductores por sus raíces, lo que modifica el estado redox del suelo y permite disociar los óxidos metálicos. Es sabido también que los microorganismos presentes en la rizósfera facilitan la captación de nutrientes por la planta. Enriqueciendo la rizósfera en microorganismos capaces de favorecer la captación de metales pesados puede contribuir a facilitar la biodisponibilidad. Referencias: Salt D., Blaylock M., Kumar N., Dushenkov V., Ensley B, Chet I. Phytoremediation: a novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants. Biotechnology, 13:468-474, 1995.

20. En los gráficos se muestran dos estrategias de fitoextracción: fitoextracción continua y fitoextracción asistida por quelantes. Fitoextracción continua: se basa en la capacidad natural de algunas plantas de hiperacumular metales a lo largo de su ciclo de vida. La desventaja de este sistema deriva de que muchas de plantas hiperacumuladoras son de bajo crecimiento, producen poca biomasa, y no son capaces de acumular los principales metales contaminantes (cadmio, plomo, uranio). En el diagrama se muestra la captación del metal a lo largo del tiempo y a medida que las plantas crecen. La cosecha de las mismas se efecúa una vez que alcanzan su tamaño óptimo y la máxima incorporacíón del metal. Fitoextracción asistida por quelantes: dado que los metales más problemáticos no están bajo formas disponibles en el suelo, se utilizan quelantes, como EDTA para favorecer la biodisponibilidad de dichos compuestos e incrementar la acumulación en la planta. El esquema muestra las dos etapas del proceso. En la primera se deja crecer la planta hasta el tamaño deseado, siendo mínima la incorporación del metal. En la seguns, se aplica el quelante y se produce la máxima captación del metal. Finalmente, se efectua la cosecha. El gráfico de barras muestra un ejemplo de aplicación de EDTA puede aumentar la captación de plomo. En este caso, se grafica la concentración del metal en los tallos de Brassica juncea tras haber tratado el suelo con distintas concentraciones del quelante. Se observa que a medida que se incrementa la cantidad de quelante aplicado, aumenta significativamente la captación de plomo por la planta. Referencias: Salt D.E., Smith R. D, Raskin I. Phytoremediation. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 49:643-668, 1998. McCutcheon S. The environment: plants and microorganisms to control pollution. PBI Bulletin, Plant Biotechnology Institute, September 1998. En los gráficos se muestran dos estrategias de fitoextracción: fitoextracción continua y fitoextracción asistida por quelantes. Fitoextracción continua: se basa en la capacidad natural de algunas plantas de hiperacumular metales a lo largo de su ciclo de vida. La desventaja de este sistema deriva de que muchas de plantas hiperacumuladoras son de bajo crecimiento, producen poca biomasa, y no son capaces de acumular los principales metales contaminantes (cadmio, plomo, uranio). En el diagrama se muestra la captación del metal a lo largo del tiempo y a medida que las plantas crecen. La cosecha de las mismas se efecúa una vez que alcanzan su tamaño óptimo y la máxima incorporacíón del metal. Fitoextracción asistida por quelantes: dado que los metales más problemáticos no están bajo formas disponibles en el suelo, se utilizan quelantes, como EDTA para favorecer la biodisponibilidad de dichos compuestos e incrementar la acumulación en la planta. El esquema muestra las dos etapas del proceso. En la primera se deja crecer la planta hasta el tamaño deseado, siendo mínima la incorporación del metal. En la seguns, se aplica el quelante y se produce la máxima captación del metal. Finalmente, se efectua la cosecha. El gráfico de barras muestra un ejemplo de aplicación de EDTA puede aumentar la captación de plomo. En este caso, se grafica la concentración del metal en los tallos de Brassica juncea tras haber tratado el suelo con distintas concentraciones del quelante. Se observa que a medida que se incrementa la cantidad de quelante aplicado, aumenta significativamente la captación de plomo por la planta. Referencias: Salt D.E., Smith R. D, Raskin I. Phytoremediation. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 49:643-668, 1998. McCutcheon S. The environment: plants and microorganisms to control pollution. PBI Bulletin, Plant Biotechnology Institute, September 1998.

21. Una posible forma de incrementar la acumulación de metales en plantas es mediante la subreexpresión constitutiva de las proteínas que intervienen en el transporte de los mismos a la vacuola celular en plantas transgénicas. En esta transparencia y la siguiente se muestran experimentos realizados con levadura y plantas de tabacos que han sido transformadas con el gen cax2, el que codifica una proteína transportadora de Ca2+. Los ensayos realizados se explican parcialmente en las propias transparencias. Todas las cepas de levaduras se cultivaron hasta saturación y luego se diluyeron 500 veces en medio conteniendo distintas concentraciones de MnCl2. Las incubaciones se realizaron por 1 día a 30oC.La tolerancia al Mn2+ está cuantificada mediante la medición de la densidad óptica de los cultivos de S. cereviciae. Como puede observarse en la figura la expresión de CAX2 aumenta la tolerancia a Mn2+ tanto en la cepa mutante cnb (comparar los círculos azules con los cuadrados rojos) como en la cepa salvaje (comparar los círculos amarillos con los cuadrados verdes). Referencias: Hirschi K., Korenkov V., Wilganowski N., Wagner G. Expression of Arabidopsis CAX2 in tobacco. Altered metal accumulation and increased manganese tolerance. Plant Physiology, 124:125-133, 2000. Una posible forma de incrementar la acumulación de metales en plantas es mediante la subreexpresión constitutiva de las proteínas que intervienen en el transporte de los mismos a la vacuola celular en plantas transgénicas. En esta transparencia y la siguiente se muestran experimentos realizados con levadura y plantas de tabacos que han sido transformadas con el gen cax2, el que codifica una proteína transportadora de Ca2+. Los ensayos realizados se explican parcialmente en las propias transparencias. Todas las cepas de levaduras se cultivaron hasta saturación y luego se diluyeron 500 veces en medio conteniendo distintas concentraciones de MnCl2. Las incubaciones se realizaron por 1 día a 30oC.La tolerancia al Mn2+ está cuantificada mediante la medición de la densidad óptica de los cultivos de S. cereviciae. Como puede observarse en la figura la expresión de CAX2 aumenta la tolerancia a Mn2+ tanto en la cepa mutante cnb (comparar los círculos azules con los cuadrados rojos) como en la cepa salvaje (comparar los círculos amarillos con los cuadrados verdes). Referencias: Hirschi K., Korenkov V., Wilganowski N., Wagner G. Expression of Arabidopsis CAX2 in tobacco. Altered metal accumulation and increased manganese tolerance. Plant Physiology, 124:125-133, 2000.

22. Se muestran resultados del trabajo citado en la transparencia anterior: Panel superior: los ensayos se realizaron complementando el medio con 10 mM CaCl2, 0,1 ?M CdCl2 o 0,1 mM MnCl2. El contenido de iones se determinó por espectrometría de absorción atómica. Las plantas transgénicas para CAX2 son capaces de acumular mayor cantidad de iones. Estos resultados son más notorios si se analiza el contenido de iones de las raíces. Panel inferior: para los tres iones analizados puede observarse que la expresión de CAX2 en ambas líneas transgénicas (naranja y azul) aumenta al transporte de iones comparado con la línes control (verde). Referencias: Hirschi K., Korenkov V., Wilganowski N,, Wagner G. Expression of Arabidopsis CAX2 in tobacco. Altered metal accumulation and increased manganese tolerance. Plant Physiology, 124:125-133, 2000. Se muestran resultados del trabajo citado en la transparencia anterior: Panel superior: los ensayos se realizaron complementando el medio con 10 mM CaCl2, 0,1 ?M CdCl2 o 0,1 mM MnCl2. El contenido de iones se determinó por espectrometría de absorción atómica. Las plantas transgénicas para CAX2 son capaces de acumular mayor cantidad de iones. Estos resultados son más notorios si se analiza el contenido de iones de las raíces. Panel inferior: para los tres iones analizados puede observarse que la expresión de CAX2 en ambas líneas transgénicas (naranja y azul) aumenta al transporte de iones comparado con la línes control (verde). Referencias: Hirschi K., Korenkov V., Wilganowski N,, Wagner G. Expression of Arabidopsis CAX2 in tobacco. Altered metal accumulation and increased manganese tolerance. Plant Physiology, 124:125-133, 2000.

23. Algunos organismos han desarrollado mecanismos de resistencia contra metales pesados. Muchos de ellos consisten en modificar a la sustancia tóxica para hacerla inocua. Dentro de los sistemas utilizados en la respuesta frente al estrés debido a metales pesados se encuentra la producción de proteínas (metalotioneías y fitoquelatinas) capaces de unirse con dichos compuestos. Si estas proteínas se sobreexpresan en plantas transgénicas, puede incrementarse notablemente su capacidad para neutralizar los efectos tóxicos de los metales pesados. Esta sobreexpresión puede lograrse modificando la ruta biosintética de las fitoquelatinas. Referencias: Mejáre M. and Bülow L. Metal-binding proteins and peptides in bioremediation and phytoremediation of heavy metals. Trends in Biotechnology, 19(2): 67-73, 2001. Algunos organismos han desarrollado mecanismos de resistencia contra metales pesados. Muchos de ellos consisten en modificar a la sustancia tóxica para hacerla inocua. Dentro de los sistemas utilizados en la respuesta frente al estrés debido a metales pesados se encuentra la producción de proteínas (metalotioneías y fitoquelatinas) capaces de unirse con dichos compuestos. Si estas proteínas se sobreexpresan en plantas transgénicas, puede incrementarse notablemente su capacidad para neutralizar los efectos tóxicos de los metales pesados. Esta sobreexpresión puede lograrse modificando la ruta biosintética de las fitoquelatinas. Referencias: Mejáre M. and Bülow L. Metal-binding proteins and peptides in bioremediation and phytoremediation of heavy metals. Trends in Biotechnology, 19(2): 67-73, 2001.

24. Otra forma de incrementar la tolerancia de compuestos tóxicos es sobreexpresar en las plantas genes que codifican enzimas que participan de las rutas de detoxificación de los mismos. En la transparencias se muestran ensayos realizados con álamos transgénicos que sobreexpresan ?-glutaminil sintetasa (?-ECS), enzima que cataliza la formación de precursores de glutatión (GSH). El glutatión es conjugado con herbicidas por acción de isoenzimas de la familia de glutatión S-transferasa (GST). El herbicida conjugado con GSH es mucho menos tóxico y más soluble en agua que las moléculas de herbicida original. Figura izquierda: reducción en el peso fresco de los tallos de plantas no tranformadas y dos líneas de álamos transgénicas (11ggs y 6LgI) evaluadas a los 35 días del tratamiento con acetoclor y metolaclor (66 ?g/g suelo). El peso fresco de los tallos de plantas no transformadas se redujo un 45% ante el tratamiento con acetoclor y un 46% ante el tratamiento con metolaclor. En contraste, el descenso en el peso fresco de dos líneas transgénicas fue mucho menor (28% y 30% para la línea 11ggs, y 28% y 23% para la línea 6Lgl). Los porcentajes se relacionan con los pesos frescos de los tallos de los álamos sin tratar. Los * indican diferencias significativas entre plantas transgénicas y plantas no transformadas tratadas con el herbicida (P = 5 %, n = 4). Figura derecha: reducción en el peso fresco de las raíces evaluado a los 35 días del tratamiento con acetoclor y metolaclor (66 ?g/g suelo). En este caso la reducción del peso fresco fue mayor que en el caso de los tallos. Los porcentajes se relacionan con los pesos frescos de las raíces de los álamos sin tratar. Los * indican diferencias significativas entre plantas transgénicas y plantas no transformadas tratadas con el herbicida (P = 5 %, n = 4). Referencias: Gullner G., Kömives T., Rennenberg H. Enhanced tolerance of transgenic poplar plants overexpressing ?-glutamylcysteine synthetase towards chloroacetanilide herbicides. Journal of Experimental Botany, 52(58):971-979, 2001. Otra forma de incrementar la tolerancia de compuestos tóxicos es sobreexpresar en las plantas genes que codifican enzimas que participan de las rutas de detoxificación de los mismos. En la transparencias se muestran ensayos realizados con álamos transgénicos que sobreexpresan ?-glutaminil sintetasa (?-ECS), enzima que cataliza la formación de precursores de glutatión (GSH). El glutatión es conjugado con herbicidas por acción de isoenzimas de la familia de glutatión S-transferasa (GST). El herbicida conjugado con GSH es mucho menos tóxico y más soluble en agua que las moléculas de herbicida original. Figura izquierda: reducción en el peso fresco de los tallos de plantas no tranformadas y dos líneas de álamos transgénicas (11ggs y 6LgI) evaluadas a los 35 días del tratamiento con acetoclor y metolaclor (66 ?g/g suelo). El peso fresco de los tallos de plantas no transformadas se redujo un 45% ante el tratamiento con acetoclor y un 46% ante el tratamiento con metolaclor. En contraste, el descenso en el peso fresco de dos líneas transgénicas fue mucho menor (28% y 30% para la línea 11ggs, y 28% y 23% para la línea 6Lgl). Los porcentajes se relacionan con los pesos frescos de los tallos de los álamos sin tratar. Los * indican diferencias significativas entre plantas transgénicas y plantas no transformadas tratadas con el herbicida (P = 5 %, n = 4). Figura derecha: reducción en el peso fresco de las raíces evaluado a los 35 días del tratamiento con acetoclor y metolaclor (66 ?g/g suelo). En este caso la reducción del peso fresco fue mayor que en el caso de los tallos. Los porcentajes se relacionan con los pesos frescos de las raíces de los álamos sin tratar. Los * indican diferencias significativas entre plantas transgénicas y plantas no transformadas tratadas con el herbicida (P = 5 %, n = 4). Referencias: Gullner G., Kömives T., Rennenberg H. Enhanced tolerance of transgenic poplar plants overexpressing ?-glutamylcysteine synthetase towards chloroacetanilide herbicides. Journal of Experimental Botany, 52(58):971-979, 2001.

25. La contaminación con cadmio de los suelos se debe principalmente al excesivo uso de fertilizantes fosfatados, desechos domiciliarios y deposición ambiental. Muchos cultivos de interés agronómicos captan el metal. Por lo tanto, dicho problema alcanza la alimentación humana y las tierras cultivables. Algunos organismos resisten naturalmente al estrés causado por metales pesados mediante proteínas quelantes (metalotioneínas y fitoquelatinas) del metal en cuestión. Aumentando la expresión de dichas proteínas en una especie vegetal deseada por sobreexpresión de los genes respectivos, se podría obtener una mayor resistencia de la planta frente al metal pesado. El gen que codifica para la proteína de interés puede derivar de otra especie vegetal, o incluso, de otro organismo (no vegetal) como se muestra en la tabla. Referencias: Mejáre M. and Bülow L. Metal-binding proteins and peptides in bioremediation and phytoremediation of heavy metals. Trends in Biotechnology, 19:67-73, 2001. La contaminación con cadmio de los suelos se debe principalmente al excesivo uso de fertilizantes fosfatados, desechos domiciliarios y deposición ambiental. Muchos cultivos de interés agronómicos captan el metal. Por lo tanto, dicho problema alcanza la alimentación humana y las tierras cultivables. Algunos organismos resisten naturalmente al estrés causado por metales pesados mediante proteínas quelantes (metalotioneínas y fitoquelatinas) del metal en cuestión. Aumentando la expresión de dichas proteínas en una especie vegetal deseada por sobreexpresión de los genes respectivos, se podría obtener una mayor resistencia de la planta frente al metal pesado. El gen que codifica para la proteína de interés puede derivar de otra especie vegetal, o incluso, de otro organismo (no vegetal) como se muestra en la tabla. Referencias: Mejáre M. and Bülow L. Metal-binding proteins and peptides in bioremediation and phytoremediation of heavy metals. Trends in Biotechnology, 19:67-73, 2001.

26. No sólo las plantas terrestres pueden ser utilizadas para la fitorremediación de alguna superficie. Las algas y plantas acuáticas son altamente recomendables cuando se trata de descontaminar su medio natural, es decir, el agua o tierras con alto contenido en ella. La utilización de Lemna minor en la remediación de aguas contaminadas tiene como ventaja su alta tasa de replicación, que le permite generar alta cantidad de biomasa en un corto período de tiempo.No sólo las plantas terrestres pueden ser utilizadas para la fitorremediación de alguna superficie. Las algas y plantas acuáticas son altamente recomendables cuando se trata de descontaminar su medio natural, es decir, el agua o tierras con alto contenido en ella. La utilización de Lemna minor en la remediación de aguas contaminadas tiene como ventaja su alta tasa de replicación, que le permite generar alta cantidad de biomasa en un corto período de tiempo.

27. Las figuras muestran la tasas de extracción de niquel y plomo en un proceso de fitoextracción realizado con Lemna minor. Figura superior: se observa la remoción de niquel a partir de un nivel inicial alto (5, 0 mg/l) para tres concentraciones diferentes de plomo. La remoción del metal es rápida, y luego de las 5 horas permanece constante. Se logra remover hasta un 87% del niquel presente. Figura inferior: se muestra la remoción del plomo a partir de un nivel inicial alto (10 mg/l) para tres concentraciones distintas de niquel. Se observa una remoción del 83%. Referencias: Axtell N., Sternberg S., Claussen K. Lead and nickel removal using Microspora and Lemna minor. Bioresource Technology, 89:41-48, 2003. Las figuras muestran la tasas de extracción de niquel y plomo en un proceso de fitoextracción realizado con Lemna minor. Figura superior: se observa la remoción de niquel a partir de un nivel inicial alto (5, 0 mg/l) para tres concentraciones diferentes de plomo. La remoción del metal es rápida, y luego de las 5 horas permanece constante. Se logra remover hasta un 87% del niquel presente. Figura inferior: se muestra la remoción del plomo a partir de un nivel inicial alto (10 mg/l) para tres concentraciones distintas de niquel. Se observa una remoción del 83%. Referencias: Axtell N., Sternberg S., Claussen K. Lead and nickel removal using Microspora and Lemna minor. Bioresource Technology, 89:41-48, 2003.

29. El uso de raíces de plantas para absorber, concentrar y precipitar metales tóxicos de aguas o napas contaminadas se denomina rizofiltración. Este sistema permite el tratamiento in situ, minimizando el impacto en el entorno. En una primera etapa las plantas, con raíces bien desarrolladas, son puestas en contacto con el agua contaminada a modo de aclimatación. Luego éstas son transferidas al sitio contaminado para colectar los compuestos tóxicos. Una vez que las raíces se saturaron, se lleva a cabo la cosecha de las plantas. Estudios realizados aplicando métodos de rizofiltración demostraron que algunas plantas tienen la capacidad de remover hasta el 60% de su peso seco en forma de metal tóxico. Referencias: Schnoor J.L. Phytoremediation. Technology Overview Report, Ground-Water Remediation Technologies Analysis Center, October 1997. El uso de raíces de plantas para absorber, concentrar y precipitar metales tóxicos de aguas o napas contaminadas se denomina rizofiltración. Este sistema permite el tratamiento in situ, minimizando el impacto en el entorno. En una primera etapa las plantas, con raíces bien desarrolladas, son puestas en contacto con el agua contaminada a modo de aclimatación. Luego éstas son transferidas al sitio contaminado para colectar los compuestos tóxicos. Una vez que las raíces se saturaron, se lleva a cabo la cosecha de las plantas. Estudios realizados aplicando métodos de rizofiltración demostraron que algunas plantas tienen la capacidad de remover hasta el 60% de su peso seco en forma de metal tóxico. Referencias: Schnoor J.L. Phytoremediation. Technology Overview Report, Ground-Water Remediation Technologies Analysis Center, October 1997.

30. Se han realizado estudios para analizar la capacidad de distintas plantas acuáticas para descontaminar sustancias tóxicas presentes en su ambiente. Por ejemplo, se ha demostrado que Myriophyllum aquaticum puede degradar trinitrotolueno (TNT). Esta planta posee la habilidad de tomar TNT de su medio y metabolizarlo, formando productos de oxidación. Esta característica la convierte en potencial candidata para su empleo en sistemas de fitorremediación. Los productos de degradación se acumulan en el tejido vegetal. A pesar de que aún no se han determinado los niveles de toxicidad del TNT ni de sus derivados para la planta, se están llevando a cabo numerosos estudios para dilucidar este interrogante. Referencias: Victor F. Medina, Daniel K. Tano, Sumona Das Gupta, Washington State University, Tri-Cities, Steven L. Larson, USACE-WES. TNT Toxicity Studies: Effect on Aqueous Phase Phytoremediation, en http://www.aehs.com/conferences/international/glance/thursday/phytoremediation.htm Se han realizado estudios para analizar la capacidad de distintas plantas acuáticas para descontaminar sustancias tóxicas presentes en su ambiente. Por ejemplo, se ha demostrado que Myriophyllum aquaticum puede degradar trinitrotolueno (TNT). Esta planta posee la habilidad de tomar TNT de su medio y metabolizarlo, formando productos de oxidación. Esta característica la convierte en potencial candidata para su empleo en sistemas de fitorremediación. Los productos de degradación se acumulan en el tejido vegetal. A pesar de que aún no se han determinado los niveles de toxicidad del TNT ni de sus derivados para la planta, se están llevando a cabo numerosos estudios para dilucidar este interrogante. Referencias: Victor F. Medina, Daniel K. Tano, Sumona Das Gupta, Washington State University, Tri-Cities, Steven L. Larson, USACE-WES. TNT Toxicity Studies: Effect on Aqueous Phase Phytoremediation, en http://www.aehs.com/conferences/international/glance/thursday/phytoremediation.htm

31. Un posible enfoque para la rizofiltración de radionucleótidos es la utilización de tumores de raíces obtenidos por transformación con Agrobacterium rhizogenes. Esta y la siguiente transparencia muestran ensayos realizados con raices transformadas de Brassica juncea y Chenopodium amaranticolor para la captación de uranio. Panel superior: raíces crecidas por 10 días en medio MS sin hormonas. Se inocularon 100–200 mg de tejido radicular. Se observa un sobrecrecimiento de las raíces transformadas con A. rhizogenes en medio MS sin fitohormonas. Las raíces control, sin transformar, no crecen en este medio. Panel inferior: se realizaron estudios de captación de uranio (bajas concentraciones; 25 – 500 ?M) por las raíces de ambas especies. La relación entre la concentración de uranio en el medio y la cantidad de uranio captado por el tejido radicular resulta lineal: a medida que aumenta la concentración del metal en el medio, aumenta proporcionalmente la cantidad de uranio captado por las raíces. Referencias: Eapen S., Suseelan K.N., Tivarekar S., Kotwal S.A., Mitra R.. Potential for rhizofiltration of uranium using hairy root cultures of Brassica juncea and Chenopodium amaranticolor. Environmental Research, 91:127-133, 2003. Un posible enfoque para la rizofiltración de radionucleótidos es la utilización de tumores de raíces obtenidos por transformación con Agrobacterium rhizogenes. Esta y la siguiente transparencia muestran ensayos realizados con raices transformadas de Brassica juncea y Chenopodium amaranticolor para la captación de uranio. Panel superior: raíces crecidas por 10 días en medio MS sin hormonas. Se inocularon 100–200 mg de tejido radicular. Se observa un sobrecrecimiento de las raíces transformadas con A. rhizogenes en medio MS sin fitohormonas. Las raíces control, sin transformar, no crecen en este medio. Panel inferior: se realizaron estudios de captación de uranio (bajas concentraciones; 25 – 500 ?M) por las raíces de ambas especies. La relación entre la concentración de uranio en el medio y la cantidad de uranio captado por el tejido radicular resulta lineal: a medida que aumenta la concentración del metal en el medio, aumenta proporcionalmente la cantidad de uranio captado por las raíces. Referencias: Eapen S., Suseelan K.N., Tivarekar S., Kotwal S.A., Mitra R.. Potential for rhizofiltration of uranium using hairy root cultures of Brassica juncea and Chenopodium amaranticolor. Environmental Research, 91:127-133, 2003.

32. Se realizaron estudios de captación de uranio (altas concentraciones; 500 - 5000 ?M) por las raíces de las especies mencionadas en la transparencia anterior. Se observa captación lineal para el caso de las raíces de C. amaranticolor. Sin embargo, los estudios realizados con raíces de B. juncea muestran que llega a saturación a medida que aumenta la concentración de uranio en el medio. Referencias: Eapen S., Suseelan K.N., Tivarekar S., Kotwal S.A., Mitra R.. Potential for rhizofiltration of uranium using hairy root cultures of Brassica juncea and Chenopodium amaranticolor. Environmental Research, 91:127-133, 2003. Se realizaron estudios de captación de uranio (altas concentraciones; 500 - 5000 ?M) por las raíces de las especies mencionadas en la transparencia anterior. Se observa captación lineal para el caso de las raíces de C. amaranticolor. Sin embargo, los estudios realizados con raíces de B. juncea muestran que llega a saturación a medida que aumenta la concentración de uranio en el medio. Referencias: Eapen S., Suseelan K.N., Tivarekar S., Kotwal S.A., Mitra R.. Potential for rhizofiltration of uranium using hairy root cultures of Brassica juncea and Chenopodium amaranticolor. Environmental Research, 91:127-133, 2003.

34. La fitotransformación, también llamada fitodegradación, es la conversión de contaminantes orgánicos dentro de la planta mediante algún proceso metabólico. Los tóxicos son degradados en compuestos más simples, que se integran a algún tejido de la planta. Se ennumeran los factores que deben considerarse al utilizar este tipo de fitorremediación.La fitotransformación, también llamada fitodegradación, es la conversión de contaminantes orgánicos dentro de la planta mediante algún proceso metabólico. Los tóxicos son degradados en compuestos más simples, que se integran a algún tejido de la planta. Se ennumeran los factores que deben considerarse al utilizar este tipo de fitorremediación.

35. La liberación de contaminantes volátiles a la atmósfera mediante la transpiración de la planta se conoce con el nombre de fitovolatillización, y es una forma de fitotransformación. A pesar de que la liberación de contaminantes a la atmósfera no sea el objetivo principal de la remediación, la fitovolatilización puede ser deseable ya que se reduce el riesgo de la contaminación de las napas de aguas subterráneas. Se ha demostrado tras extensos estudios que algunos álamos híbridos son capaces de transformar el tricloroetano (TCE) en tricloroetanol, ácido tricloroacético, y ácido dicloroacético, con mineralización parcial de TCE a CO2 (Newman et al., 1997). También se ha observado que el pesticida atrazina es transformado (Burken et al., 1997). Referencias: Burken, J.G. and Schnoor, J.L. Uptake and metabolism of atrazine by poplar trees. Environ. Sci. Technol., 31:1399-1406, 1997. Newman, L.A., Strand, S.E., Choe, N., Duffy, J., Ekuan, G., Ruszaj, M., Shurtleff, B.B., Wilmoth, J., Heilman, P. and Gordon, M.P. Uptake and biotransformation of trichloroethylene by hybrid poplars. Environ. Sci. Technol., 31:1062-1067, 1997. La liberación de contaminantes volátiles a la atmósfera mediante la transpiración de la planta se conoce con el nombre de fitovolatillización, y es una forma de fitotransformación. A pesar de que la liberación de contaminantes a la atmósfera no sea el objetivo principal de la remediación, la fitovolatilización puede ser deseable ya que se reduce el riesgo de la contaminación de las napas de aguas subterráneas. Se ha demostrado tras extensos estudios que algunos álamos híbridos son capaces de transformar el tricloroetano (TCE) en tricloroetanol, ácido tricloroacético, y ácido dicloroacético, con mineralización parcial de TCE a CO2 (Newman et al., 1997). También se ha observado que el pesticida atrazina es transformado (Burken et al., 1997). Referencias: Burken, J.G. and Schnoor, J.L. Uptake and metabolism of atrazine by poplar trees. Environ. Sci. Technol., 31:1399-1406, 1997. Newman, L.A., Strand, S.E., Choe, N., Duffy, J., Ekuan, G., Ruszaj, M., Shurtleff, B.B., Wilmoth, J., Heilman, P. and Gordon, M.P. Uptake and biotransformation of trichloroethylene by hybrid poplars. Environ. Sci. Technol., 31:1062-1067, 1997.

36. Las especies vegetales son capaces de metabolizar distintas familias de compuestos orgánicos porque poseen rutas metabolicas que muchas veces no están presentes en otros organismos. La transparencia muestra ejemplos de procesos de degradación que pueden ser realizados por las plantas. La identificación de estas rutas en distintas especies permitirá extender el uso de este tipo de fitorremediación. Referencias: McCutcheon S. The environment: plants and microorganisms to control pollution. PBI Bulletin, Plant Biotechnology Institute, September 1998. Las especies vegetales son capaces de metabolizar distintas familias de compuestos orgánicos porque poseen rutas metabolicas que muchas veces no están presentes en otros organismos. La transparencia muestra ejemplos de procesos de degradación que pueden ser realizados por las plantas. La identificación de estas rutas en distintas especies permitirá extender el uso de este tipo de fitorremediación. Referencias: McCutcheon S. The environment: plants and microorganisms to control pollution. PBI Bulletin, Plant Biotechnology Institute, September 1998.

37. Hasta hace poco tiempo atrás, los trabajos de remediación de explosivos se basaban en la capacidad de hongos y microorganismos para degradar compuestos tales como TNT, RDX, TETRYL, y HMX. Estas tecnologías presentan como desventaja el requerimiento de la excavación de la tierra contaminada y su procesamiento en biorreactores, lo cuál hace este método tan costoso como la incineración tradicional. Una posible solución a este tipo de contaminantes es la utilización de especies vegetales capaces de transformar estos compuestos. Aunque hasta el presente la fitotransformación de explosivos ha sido parcial por esta vía, se trabaja intensamente para optimizar este proceso. RDX: hexahidro-1,3,5-triazina TETRYL: N-metil-N,2,4,6-tetranitroanilina HMX: octahidro-1,3,5,7-tetrazocina GNT: nitroglicerina Referencias: Brian S. Hooker and Rodney S. Skeen, Transgenic phytoremediation blasts onto the scene, Nature Biotechnology, 17:428, 1999.Hasta hace poco tiempo atrás, los trabajos de remediación de explosivos se basaban en la capacidad de hongos y microorganismos para degradar compuestos tales como TNT, RDX, TETRYL, y HMX. Estas tecnologías presentan como desventaja el requerimiento de la excavación de la tierra contaminada y su procesamiento en biorreactores, lo cuál hace este método tan costoso como la incineración tradicional. Una posible solución a este tipo de contaminantes es la utilización de especies vegetales capaces de transformar estos compuestos. Aunque hasta el presente la fitotransformación de explosivos ha sido parcial por esta vía, se trabaja intensamente para optimizar este proceso. RDX: hexahidro-1,3,5-triazina TETRYL: N-metil-N,2,4,6-tetranitroanilina HMX: octahidro-1,3,5,7-tetrazocina GNT: nitroglicerina Referencias: Brian S. Hooker and Rodney S. Skeen, Transgenic phytoremediation blasts onto the scene, Nature Biotechnology, 17:428, 1999.

38. En los procesos de fitotransformación de compuestos orgánicos debe contemplarse no sólo la degradación del compuesto original, sino también la producción de compuestos intermedios y productos finales. Se muestra la ruta de degradación del TNT. Como se puede observar, en los distintos pasos de la vía se generan distintos productos intermedios. Resulta de suma importancia analizar la toxicidad de los mismos, ya que si estos quedan almacenados en las plantas podrían ingresar en la cadena alimenticia y causar efectos nocivos (hasta mortales) en los animales que se alimentan de ellas. Referencias: McCutcheon S. The environment: plants and microorganisms to control pollution. PBI Bulletin, Plant Biotechnology Institute, September 1998. En los procesos de fitotransformación de compuestos orgánicos debe contemplarse no sólo la degradación del compuesto original, sino también la producción de compuestos intermedios y productos finales. Se muestra la ruta de degradación del TNT. Como se puede observar, en los distintos pasos de la vía se generan distintos productos intermedios. Resulta de suma importancia analizar la toxicidad de los mismos, ya que si estos quedan almacenados en las plantas podrían ingresar en la cadena alimenticia y causar efectos nocivos (hasta mortales) en los animales que se alimentan de ellas. Referencias: McCutcheon S. The environment: plants and microorganisms to control pollution. PBI Bulletin, Plant Biotechnology Institute, September 1998.

39. El TNT es uno de los explosivos más tóxicos y peligrosos. Durante los últimos 100 años se ha estado acumulando en depósitos y arsenales y ha devenido en un gran problema para los ecosistemas en los que se encuentra. Actualmente, la incineración es el único método para el tratamiento de suelos contaminados con TNT. Pero este proceso conduce a la producción de cenizas sin ninguna posible utilidad y a contaminación del aire. Los explosivos son compuestos fitotóxicos, y aunque varias plantas poseen mecanismos de detoxificación, la exposición a dichos compuestos produce efectos adversos en las plantas. La enzima bacteriana nitroreductasa (NR) de Enterobacter cloacae resulta activa para la degradación del TNT. En el ejemplo que se ilustra en ésta y las siguientes transparencias, se transformaron plantas de Nicotiana tabacum con NR y se analizaron los efectos tóxicos del TNT en plantas transgénicas (NR 3-2) y plantas control sin transformar (NT). Se esterilizaron superficialmente semillas, se germinaron y se crecieron los brotes durante 14 días. Para realizar los ensayos, éstas se transfirieron a medio con o sin TNT durante 7 días y se midió su peso para establecer la variación en biomasa. Este fue tomado como indicativo de fitotoxicidad. Panel superior: Se esterilizaron superficialmente 50 semillas, se germinaron y se crecieron durante 14 días en medio sin TNT (figura izquierda). Luego se incubaron los brotes de semillas no transformadas y transgénicas con TNT 0,25 mM en H2O estéril y se las mantuvo en la solución con TNT por 7 días adicionales (figura derecha). Los efectos fitotóxicos del TNT 0,25 mM son evidentes en los brotes de semillas sin transformar (pierden 34% del peso fresco), mientras que los brotes de semillas transformadas aumentan un 18% su peso fresco. Panel inferior: se sembraron 4 semillas de cada tipo en cada placa y se observaron luego de 20 días. Los brotes de semillas no transformadas desarrollan raíces atrofiadas en presencia de 0,05 mM de TNT, mientras que los brotes de semillas NR 3-2 presentan crecen de manera similar a los brotes crecidos en medio sin TNT. Cuando se crecieron en medio con 0,1 mM de TNT, los brotes de semillas no transformadas mostraron un retardo notable en el desarrollo. Sin embargo, los brotes de semillas transgénicas sufrieron mínimos efectos fitotóxicos. Referencias: Hannik N., Rosser S., French C., Basran A., Murray J., Nicklin S., Bruce N. Phytodetoxification of TNT by transgenic plants expressing a bacterial nitroreductase. Nature Biotechnology, 19:1168-1172, 2001. El TNT es uno de los explosivos más tóxicos y peligrosos. Durante los últimos 100 años se ha estado acumulando en depósitos y arsenales y ha devenido en un gran problema para los ecosistemas en los que se encuentra. Actualmente, la incineración es el único método para el tratamiento de suelos contaminados con TNT. Pero este proceso conduce a la producción de cenizas sin ninguna posible utilidad y a contaminación del aire. Los explosivos son compuestos fitotóxicos, y aunque varias plantas poseen mecanismos de detoxificación, la exposición a dichos compuestos produce efectos adversos en las plantas. La enzima bacteriana nitroreductasa (NR) de Enterobacter cloacae resulta activa para la degradación del TNT. En el ejemplo que se ilustra en ésta y las siguientes transparencias, se transformaron plantas de Nicotiana tabacum con NR y se analizaron los efectos tóxicos del TNT en plantas transgénicas (NR 3-2) y plantas control sin transformar (NT). Se esterilizaron superficialmente semillas, se germinaron y se crecieron los brotes durante 14 días. Para realizar los ensayos, éstas se transfirieron a medio con o sin TNT durante 7 días y se midió su peso para establecer la variación en biomasa. Este fue tomado como indicativo de fitotoxicidad. Panel superior: Se esterilizaron superficialmente 50 semillas, se germinaron y se crecieron durante 14 días en medio sin TNT (figura izquierda). Luego se incubaron los brotes de semillas no transformadas y transgénicas con TNT 0,25 mM en H2O estéril y se las mantuvo en la solución con TNT por 7 días adicionales (figura derecha). Los efectos fitotóxicos del TNT 0,25 mM son evidentes en los brotes de semillas sin transformar (pierden 34% del peso fresco), mientras que los brotes de semillas transformadas aumentan un 18% su peso fresco. Panel inferior: se sembraron 4 semillas de cada tipo en cada placa y se observaron luego de 20 días. Los brotes de semillas no transformadas desarrollan raíces atrofiadas en presencia de 0,05 mM de TNT, mientras que los brotes de semillas NR 3-2 presentan crecen de manera similar a los brotes crecidos en medio sin TNT. Cuando se crecieron en medio con 0,1 mM de TNT, los brotes de semillas no transformadas mostraron un retardo notable en el desarrollo. Sin embargo, los brotes de semillas transgénicas sufrieron mínimos efectos fitotóxicos. Referencias: Hannik N., Rosser S., French C., Basran A., Murray J., Nicklin S., Bruce N. Phytodetoxification of TNT by transgenic plants expressing a bacterial nitroreductase. Nature Biotechnology, 19:1168-1172, 2001.

40. Se midió también la longitud de las raíces de brotes NT y NR 3-2, y se calculó el índice de tolerancia a TNT. Las raíces de brotes transformados muestran una longitud superior frente a las raíces de brotes no transformados, parámetro que se conserva tanto ante el tratamiento con 0,05 mM TNT como con 0,1 mM TNT. El índice de tolerancia de los brotes NR 3-2 también supera ampliamente al de los brotes NT. Los resultados que se muestran son un promedio de las mediciones realizadas sobre 10 brotes individuales. El índice de tolerancia (longitud de las raíces de brotes tratados con TNT/longitud de raíces de brotes control x 100) se calculó para brotes no transformados y transgénicos en cada concentración de TNT ensayada. Referencias: Hannik N., Rosser S., French C., Basran A., Murray J., Nicklin S., Bruce N. Phytodetoxification of TNT by transgenic plants expressing a bacterial nitroreductase. Nature Biotechnology, 19:1168-1172, 2001.Se midió también la longitud de las raíces de brotes NT y NR 3-2, y se calculó el índice de tolerancia a TNT. Las raíces de brotes transformados muestran una longitud superior frente a las raíces de brotes no transformados, parámetro que se conserva tanto ante el tratamiento con 0,05 mM TNT como con 0,1 mM TNT. El índice de tolerancia de los brotes NR 3-2 también supera ampliamente al de los brotes NT. Los resultados que se muestran son un promedio de las mediciones realizadas sobre 10 brotes individuales. El índice de tolerancia (longitud de las raíces de brotes tratados con TNT/longitud de raíces de brotes control x 100) se calculó para brotes no transformados y transgénicos en cada concentración de TNT ensayada. Referencias: Hannik N., Rosser S., French C., Basran A., Murray J., Nicklin S., Bruce N. Phytodetoxification of TNT by transgenic plants expressing a bacterial nitroreductase. Nature Biotechnology, 19:1168-1172, 2001.

41. Panel superior: las semillas de tabaco no transgénico y transgénico fueron hechas germinar y crecidas por 14 días. Ambos tipos fueron incubados con 0,1 mM TNT en H2O estéril o TNT 0,25 mM. Se determinaron los productos de concentración y transformación (ADNTs) presentes en el medio. Se muestran los resultados de 3 experimentos independientes. Tanto las plantas NT como las NR 3-2 fueron capaces de remover explosivo del medio con 0,1 mM de TNT, aunque con una cinética distinta (las plantas NR 3-2 remueven el TNT más rápido que las NT). La diferencia es marcada cuando se trata de concentraciones superiores de TNT (0,25 mM). Panel inferior: 50 semillas no transgénicas y transgénicas fueron hechas germinar y crecidas por 14 días. Plantas de ambos tipos se incubaron con TNT 0,25 mM en H2O estéril por 7 días adicionales, antes de la extracción. Se determinaron las concentraciones de TNT y ADNTs presentes en los brotes. Los resultados corresponden a 2 experimentos independientes. Se separaron tallos y raíces para analizar el contenido diferencial de TNT y ADNTs. En plantas NT se detectan altos niveles de TNT y niveles medios de ADNTs. En contraste, en plantas NR 3-2 no se logró detectar TNT, y sólo se encontraron niveles medios de ADNTs. Referencias: Hannik N., Rosser S., French C., Basran A., Murray J., Nicklin S., Bruce N. Phytodetoxification of TNT by transgenic plants expressing a bacterial nitroreductase. Nature Biotechnology, 19:1168-1172, 2001. Panel superior: las semillas de tabaco no transgénico y transgénico fueron hechas germinar y crecidas por 14 días. Ambos tipos fueron incubados con 0,1 mM TNT en H2O estéril o TNT 0,25 mM. Se determinaron los productos de concentración y transformación (ADNTs) presentes en el medio. Se muestran los resultados de 3 experimentos independientes. Tanto las plantas NT como las NR 3-2 fueron capaces de remover explosivo del medio con 0,1 mM de TNT, aunque con una cinética distinta (las plantas NR 3-2 remueven el TNT más rápido que las NT). La diferencia es marcada cuando se trata de concentraciones superiores de TNT (0,25 mM). Panel inferior: 50 semillas no transgénicas y transgénicas fueron hechas germinar y crecidas por 14 días. Plantas de ambos tipos se incubaron con TNT 0,25 mM en H2O estéril por 7 días adicionales, antes de la extracción. Se determinaron las concentraciones de TNT y ADNTs presentes en los brotes. Los resultados corresponden a 2 experimentos independientes. Se separaron tallos y raíces para analizar el contenido diferencial de TNT y ADNTs. En plantas NT se detectan altos niveles de TNT y niveles medios de ADNTs. En contraste, en plantas NR 3-2 no se logró detectar TNT, y sólo se encontraron niveles medios de ADNTs. Referencias: Hannik N., Rosser S., French C., Basran A., Murray J., Nicklin S., Bruce N. Phytodetoxification of TNT by transgenic plants expressing a bacterial nitroreductase. Nature Biotechnology, 19:1168-1172, 2001.

42. En la tabla se describe la variación en el peso de brotes expuestos a dos concentraciones de TNT. Los brotes transgénicos muestran una mayor ganancia en el peso al crecer en medio con 0,1 mM de TNT comparados con los brotes de plantas sin transformar. Si se crecen en presencia de una mayor concentarción de TNT (0,25 mM), se observa una reducción en el peso para ambos casos. Sin embargo, la pérdida de peso resulta menos importante en el caso de los brotes transgénicos. Referencias: Hannik N., Rosser S., French C., Basran A., Murray J., Nicklin S., Bruce N. Phytodetoxification of TNT by transgenic plants expressing a bacterial nitroreductase. Nature Biotechnology, 19:1168-1172, 2001. En la tabla se describe la variación en el peso de brotes expuestos a dos concentraciones de TNT. Los brotes transgénicos muestran una mayor ganancia en el peso al crecer en medio con 0,1 mM de TNT comparados con los brotes de plantas sin transformar. Si se crecen en presencia de una mayor concentarción de TNT (0,25 mM), se observa una reducción en el peso para ambos casos. Sin embargo, la pérdida de peso resulta menos importante en el caso de los brotes transgénicos. Referencias: Hannik N., Rosser S., French C., Basran A., Murray J., Nicklin S., Bruce N. Phytodetoxification of TNT by transgenic plants expressing a bacterial nitroreductase. Nature Biotechnology, 19:1168-1172, 2001.

43. Las flechas del diagrama muestran las principales interconversiones del mercurio en el medio ambiente. El mercurio elemental, Hg(0), y el mercurio unido a azufre, RSHg, se convierten lentamente en mercurio iónico libre, Hg(II), el cual es el sustrato de la metilación. Este último producto, el metilmercurio es de lejos la más grave amenaza ambiental, debido a su tendencia a entrar en la cadena alimenticia acuática y a biomagnificarse. Se ha estimado que el metilmercurio se concentra en los peces entre 6 y 7 órdenes de magnitud sobre la concentración presente en las aguas contaminadas y que constituye entre el 90 y el 100% del mercurio total. Por comparación, el mercurio iónico se bioconcentra mucho menos eficientemente y se elimina con más rapidez. El Hg ha sido utilizado en una gran variedad de aplicaciones en diversas industrias. Generalmente los efluentes industriales lo conducen a los cuerpos de agua. Esta práctica provocó dos epidemias de envenenamiento en Japón en los años 60. Referencias: Bizily S., Rugh C., Meagher R. Phytodetoxification of hazardous organomercurials by genetically engineered plants. Nature Biotechnology, 18:213-217, 2000. Las flechas del diagrama muestran las principales interconversiones del mercurio en el medio ambiente. El mercurio elemental, Hg(0), y el mercurio unido a azufre, RSHg, se convierten lentamente en mercurio iónico libre, Hg(II), el cual es el sustrato de la metilación. Este último producto, el metilmercurio es de lejos la más grave amenaza ambiental, debido a su tendencia a entrar en la cadena alimenticia acuática y a biomagnificarse. Se ha estimado que el metilmercurio se concentra en los peces entre 6 y 7 órdenes de magnitud sobre la concentración presente en las aguas contaminadas y que constituye entre el 90 y el 100% del mercurio total. Por comparación, el mercurio iónico se bioconcentra mucho menos eficientemente y se elimina con más rapidez. El Hg ha sido utilizado en una gran variedad de aplicaciones en diversas industrias. Generalmente los efluentes industriales lo conducen a los cuerpos de agua. Esta práctica provocó dos epidemias de envenenamiento en Japón en los años 60. Referencias: Bizily S., Rugh C., Meagher R. Phytodetoxification of hazardous organomercurials by genetically engineered plants. Nature Biotechnology, 18:213-217, 2000.

44. No se conocen plantas que detoxifique el mercurio. Para poder desarrollar un planteo de fitorremediación a nivel experimental, se transformaron plantas de Arabidopsis thaliana con los genes responsables de la conversión de metil mercurio a mercurio elemental, los cuales se aislaron de la bacteria Desulfovibrio desulfuricans. Se muestran los pasos involucrados en la conversión a mercurio elemental. Referencias: Bizily S., Rugh C., Meagher R. Phytodetoxification of hazardous organomercurials by genetically engineered plants. Nature Biotechnology, 18:213-217, 2000.No se conocen plantas que detoxifique el mercurio. Para poder desarrollar un planteo de fitorremediación a nivel experimental, se transformaron plantas de Arabidopsis thaliana con los genes responsables de la conversión de metil mercurio a mercurio elemental, los cuales se aislaron de la bacteria Desulfovibrio desulfuricans. Se muestran los pasos involucrados en la conversión a mercurio elemental. Referencias: Bizily S., Rugh C., Meagher R. Phytodetoxification of hazardous organomercurials by genetically engineered plants. Nature Biotechnology, 18:213-217, 2000.

45. Panel superior: comparación de las tasas de crecimiento de plantas A. thaliana no transgénicas (ecotipo RLD), y transgénicas (merA9-1, merB-4 y merA/merB-1) en medio conteniendo mercurio orgánico. Las plantas se sembraron en un arreglo horizontal y se cultivaron verticalmente durante 3 semanas para observar el desarrollo radicular. En ausencia de mercurio, las plantas transgénicas y no transgénicas crecen de manera similar. Las plantas merA no fueron capaces de tolerar la mínima concentración de mercurio orgánico. Las plantas merB sólo crecieron vigorosamente en presencia de mercurio orgánico 1 ?M, pero en presencia de mercurio orgánico 5 ?M su crecimiento fue notablemente menor, y con 10 ?M se volvieron cloróticas. Las plantas merA/B-1, en cambio, germinaron y crecieron sostenidamente incluso frente a mercurio orgánico 10 ?M. Por otro lado, se evaluó si la resistencia al mercurio orgánico se relaciona con la tasa de volatilización de (Hg (0) utilizando 6 líneas de plantas merA/merB. Se crecieron en ausencia o presencia de acetato de fenilmercurio (PMA) 5 ?M. Sólo 2 de las líneas (merA/B-1 y merA/B-2) fueron capaces de crecer normalmente en presencia de PMA 5 ?M Panel inferior: se pasaron plantas ya desarrolladas a un medio conteniendo 25 ?M de acetato de metilmercurio (MeHg) y se las mantuvo en una cámara cerrada. Se realizaron mediciones cada 2 minutos del contenido de Hg(0) en el aire de la cámara. Los datos se expresan en pg de Hg(0) por mg de peso fresco de tejido. Se grafican los totales acumulativos de 10 minutos en promedios de Hg(0) por minuto. Las plantas RLD, merA y merB exhiben valores basales. Las plantas doble transgénicas son poblaciones F2 y por lo tanto, el nivel de volatilización que se muestra representa el promedio de las plantas portadoras de los transgenes. Las líneas merA/B-1 y merA/B-2 son las que muestran mayor tasa de volatilización de Hg(0). Las líneas merA/B-3 y merA/B-5 presentaron una volatilización intermedia y crecieron (aunque lentamente) en medio con PMA 5 ?M. Por otro lado, las líneas merA/B-4 y merA/B-6 no lograron germinar. Estos resultados sugieren que la resistencia a metilmercurio está relacionada directamente con la conversión del compuesto a mercurio elemental. Referencias: Rizily S., Rugh C., Meagher R. Phytodetoxification of hazardous organomercurials by genetically engineered plants. Nature Biotechnology, 18:213-217, 2000.Panel superior: comparación de las tasas de crecimiento de plantas A. thaliana no transgénicas (ecotipo RLD), y transgénicas (merA9-1, merB-4 y merA/merB-1) en medio conteniendo mercurio orgánico. Las plantas se sembraron en un arreglo horizontal y se cultivaron verticalmente durante 3 semanas para observar el desarrollo radicular. En ausencia de mercurio, las plantas transgénicas y no transgénicas crecen de manera similar. Las plantas merA no fueron capaces de tolerar la mínima concentración de mercurio orgánico. Las plantas merB sólo crecieron vigorosamente en presencia de mercurio orgánico 1 ?M, pero en presencia de mercurio orgánico 5 ?M su crecimiento fue notablemente menor, y con 10 ?M se volvieron cloróticas. Las plantas merA/B-1, en cambio, germinaron y crecieron sostenidamente incluso frente a mercurio orgánico 10 ?M. Por otro lado, se evaluó si la resistencia al mercurio orgánico se relaciona con la tasa de volatilización de (Hg (0) utilizando 6 líneas de plantas merA/merB. Se crecieron en ausencia o presencia de acetato de fenilmercurio (PMA) 5 ?M. Sólo 2 de las líneas (merA/B-1 y merA/B-2) fueron capaces de crecer normalmente en presencia de PMA 5 ?M Panel inferior: se pasaron plantas ya desarrolladas a un medio conteniendo 25 ?M de acetato de metilmercurio (MeHg) y se las mantuvo en una cámara cerrada. Se realizaron mediciones cada 2 minutos del contenido de Hg(0) en el aire de la cámara. Los datos se expresan en pg de Hg(0) por mg de peso fresco de tejido. Se grafican los totales acumulativos de 10 minutos en promedios de Hg(0) por minuto. Las plantas RLD, merA y merB exhiben valores basales. Las plantas doble transgénicas son poblaciones F2 y por lo tanto, el nivel de volatilización que se muestra representa el promedio de las plantas portadoras de los transgenes. Las líneas merA/B-1 y merA/B-2 son las que muestran mayor tasa de volatilización de Hg(0). Las líneas merA/B-3 y merA/B-5 presentaron una volatilización intermedia y crecieron (aunque lentamente) en medio con PMA 5 ?M. Por otro lado, las líneas merA/B-4 y merA/B-6 no lograron germinar. Estos resultados sugieren que la resistencia a metilmercurio está relacionada directamente con la conversión del compuesto a mercurio elemental. Referencias: Rizily S., Rugh C., Meagher R. Phytodetoxification of hazardous organomercurials by genetically engineered plants. Nature Biotechnology, 18:213-217, 2000.

46. Una estrategia similar a la del trabajo presentado en las transparencias anteriores se siguió en tabaco, pero introduciendo los genes responsables de la reducción del mercurio en el genoma de los cloroplastos. Se germinaron semillas in vitro en medio conteniendo espectinomicina 500 mg/L. Las plántulas (10 días post germinación) fueron transferidas a invernadero y cultivadas en tierra por 6 días. Luego, fueron tratadas adicionando 200 ml de 0, 50, 100, y 200 ?M de PMA (acetato de fenilmercurio) suplementado en solución nutritiva. Las fotografías se tomaron 14 días después del tratamiento. WT, control negativo; 5A, línea transgénica pLDR-MerAB; 9, línea transgénica pLDR-MerAB-3-UTR. Las líneas transgénicas fueron capaces de crecer normalmente en suelo conteniendo hasta PMA 100 ?M, y sobrevivieron frente a PMA 200 ?M. En contraste, ambas concentraciones de PMA resultaron letales para las plantas no transformadas. Referencias: Ruiz O., Hussein H., Terry N., DaniellH. Phytoremediation of organomercurial compounds via chloroplast genetic engineering. Plant Physiology, 132:1344-1352, 2003. Una estrategia similar a la del trabajo presentado en las transparencias anteriores se siguió en tabaco, pero introduciendo los genes responsables de la reducción del mercurio en el genoma de los cloroplastos. Se germinaron semillas in vitro en medio conteniendo espectinomicina 500 mg/L. Las plántulas (10 días post germinación) fueron transferidas a invernadero y cultivadas en tierra por 6 días. Luego, fueron tratadas adicionando 200 ml de 0, 50, 100, y 200 ?M de PMA (acetato de fenilmercurio) suplementado en solución nutritiva. Las fotografías se tomaron 14 días después del tratamiento. WT, control negativo; 5A, línea transgénica pLDR-MerAB; 9, línea transgénica pLDR-MerAB-3-UTR. Las líneas transgénicas fueron capaces de crecer normalmente en suelo conteniendo hasta PMA 100 ?M, y sobrevivieron frente a PMA 200 ?M. En contraste, ambas concentraciones de PMA resultaron letales para las plantas no transformadas. Referencias: Ruiz O., Hussein H., Terry N., DaniellH. Phytoremediation of organomercurial compounds via chloroplast genetic engineering. Plant Physiology, 132:1344-1352, 2003.

47. El selenio (Se) es un elemento esencial para muchos organismos, pero resulta tóxico en altas concentraciones. La toxicidad se basa en la incorporación inespecífica del Se en algunas proteínas, reemplazando el grupo azufrado (S) de las cisteínas (Cys) presentes en las proteínas. Existen diversos mecanismos de tolerancia al Se, y la mayor cantidad de ellos se basa en evitar la incorporación de Se-Cys en las proteínas (el Se se puede volatilizar como dimetildiselenido de baja toxicidad o acumular en forma de aminoácidos que no se incorporan a las proteinas). Dado que las plantas resultan eficientes en acumular y volatilizar Se del suelo y/o agua, podrían ser utilizadas para el tratamiento de ambientes contaminados con este compuesto. Se plantea la posibilidad de sobreexpresar la enzima selenocisteína liasa (SL) en plantas para aumentar su capacidad de acumular este elemento. Como modelo de estudio, expresan la SL de ratón (que posee alta actividad frente a Se-Cys y baja frente a Cys) en Arabidopsis. Se analiza la incorporación de Se en las proteínas, su acumulación, y la tolerancia desarrollada. Referencias: Pilon M., Owen J.D., Garifullina G.F., Kurihara T., Mihara H., Esaki N., Pilon-Smits E.A.H. Enhanced selenium tolerance and accumulation in transgenic Arabidopsis expressing a mouse selenocysteine lyase. Plant Physiology, 131:1250–1257, 2003El selenio (Se) es un elemento esencial para muchos organismos, pero resulta tóxico en altas concentraciones. La toxicidad se basa en la incorporación inespecífica del Se en algunas proteínas, reemplazando el grupo azufrado (S) de las cisteínas (Cys) presentes en las proteínas. Existen diversos mecanismos de tolerancia al Se, y la mayor cantidad de ellos se basa en evitar la incorporación de Se-Cys en las proteínas (el Se se puede volatilizar como dimetildiselenido de baja toxicidad o acumular en forma de aminoácidos que no se incorporan a las proteinas). Dado que las plantas resultan eficientes en acumular y volatilizar Se del suelo y/o agua, podrían ser utilizadas para el tratamiento de ambientes contaminados con este compuesto. Se plantea la posibilidad de sobreexpresar la enzima selenocisteína liasa (SL) en plantas para aumentar su capacidad de acumular este elemento. Como modelo de estudio, expresan la SL de ratón (que posee alta actividad frente a Se-Cys y baja frente a Cys) en Arabidopsis. Se analiza la incorporación de Se en las proteínas, su acumulación, y la tolerancia desarrollada. Referencias: Pilon M., Owen J.D., Garifullina G.F., Kurihara T., Mihara H., Esaki N., Pilon-Smits E.A.H. Enhanced selenium tolerance and accumulation in transgenic Arabidopsis expressing a mouse selenocysteine lyase. Plant Physiology, 131:1250–1257, 2003

48. Panel superior: se analiza la incorporación de Se a proteínas de la planta. Para ello se crecieron brotes de Arabidopsis durante 14 días en medio conteniendo 0,5 ?M de selenito. Se observa que tanto las plantas que expresan SL en citosol (cit SL) como las que expresan SL en cloroplastos (cp SL) contienen, en promedio, un 42% menos de Se incorporado en las proteínas con respecto a las plantas controles no transgénicas (NT). Esto demuestra que la expresión de SL previene la incorporación no específica de Se-Cys en las proteínas. Panel inferior: se estudia la tolerancia a Se. Para ello se crecieron brotes de Arabidopsis en medios conteniendo 50 ?M de selenato, 25 ?M de selenito, o 50 ?M de Se-Cys. Como parámetro de tolerancia se mide la longitud de las raíces. Estos experimentos muestran que las plantas cit SL son más tolerantes que las plantas NT. Sin embargo, las plantas cp SL resultaron menos tolerantes (notar las diferentes escalas utilizadas para la medición de la longitud de las raíces). Las plantas transgénicas cit SL resultan prometedoras como fitorremediadoras, dado que toleran altas concentraciones de Se y son capaces de acumularlo en el tallo. Podría utilizarse este modelo para generar otras especies (distintas de Arabidopsis) con características similares a las presentadas en este trabajo con el fin de aplicarlas en ensayos a campo en ambientes contaminados. Actualmente, se está trabajando en la obtención de B. juncea transgénicas para SL. Referencias: Pilon M., Owen J.D., Garifullina G.F., Kurihara T., Mihara H., Esaki N., Pilon-Smits E.A.H. Enhanced selenium tolerance and accumulation in transgenic Arabidopsis expressing a mouse selenocysteine lyase. Plant Physiology, 131:1250–1257, 2003. Panel superior: se analiza la incorporación de Se a proteínas de la planta. Para ello se crecieron brotes de Arabidopsis durante 14 días en medio conteniendo 0,5 ?M de selenito. Se observa que tanto las plantas que expresan SL en citosol (cit SL) como las que expresan SL en cloroplastos (cp SL) contienen, en promedio, un 42% menos de Se incorporado en las proteínas con respecto a las plantas controles no transgénicas (NT). Esto demuestra que la expresión de SL previene la incorporación no específica de Se-Cys en las proteínas. Panel inferior: se estudia la tolerancia a Se. Para ello se crecieron brotes de Arabidopsis en medios conteniendo 50 ?M de selenato, 25 ?M de selenito, o 50 ?M de Se-Cys. Como parámetro de tolerancia se mide la longitud de las raíces. Estos experimentos muestran que las plantas cit SL son más tolerantes que las plantas NT. Sin embargo, las plantas cp SL resultaron menos tolerantes (notar las diferentes escalas utilizadas para la medición de la longitud de las raíces). Las plantas transgénicas cit SL resultan prometedoras como fitorremediadoras, dado que toleran altas concentraciones de Se y son capaces de acumularlo en el tallo. Podría utilizarse este modelo para generar otras especies (distintas de Arabidopsis) con características similares a las presentadas en este trabajo con el fin de aplicarlas en ensayos a campo en ambientes contaminados. Actualmente, se está trabajando en la obtención de B. juncea transgénicas para SL. Referencias: Pilon M., Owen J.D., Garifullina G.F., Kurihara T., Mihara H., Esaki N., Pilon-Smits E.A.H. Enhanced selenium tolerance and accumulation in transgenic Arabidopsis expressing a mouse selenocysteine lyase. Plant Physiology, 131:1250–1257, 2003.

50. La fitoestimulación, también conocida como biodegradación estimulada por la rizósfera, rizodegradación o biorremediación asistida por plantas, es la degradación de contaminantes orgánicos presentes en el suelo a través del estímulo de la actividad microbiana en la zona cercana a las raíces de la planta (rizósfera). La actividad microbiana se ve estimulada mediante compuestos liberados por las plantas (azúcares, carbohidratos, aminoácidos, acetatos, enzimas). Además, el sistema radicular oxigena la rizósfera y así se asegura la transformación aeróbica. Por otro lado, la biomasa de las raíces aumenta el carbono orgánico disponible. Los hongos micorríticos que crecen en las inmediaciones de las raíces pueden también degradar contaminantes orgánicos.La fitoestimulación, también conocida como biodegradación estimulada por la rizósfera, rizodegradación o biorremediación asistida por plantas, es la degradación de contaminantes orgánicos presentes en el suelo a través del estímulo de la actividad microbiana en la zona cercana a las raíces de la planta (rizósfera). La actividad microbiana se ve estimulada mediante compuestos liberados por las plantas (azúcares, carbohidratos, aminoácidos, acetatos, enzimas). Además, el sistema radicular oxigena la rizósfera y así se asegura la transformación aeróbica. Por otro lado, la biomasa de las raíces aumenta el carbono orgánico disponible. Los hongos micorríticos que crecen en las inmediaciones de las raíces pueden también degradar contaminantes orgánicos.

51. Se ennumeran las características de las especies utilizadas en fitoestimulación. Este enfoque está siendo ensayado para reducir la contaminación por combustibles utilizando plantas de alfalfa. También se realizaron estudios con álamos para combatir la contaminación con atrazina Referencias: Burken, J.G. and Schnoor, J.L. Uptake and metabolism of atrazine by poplar trees. Environ. Sci. Technol., 31:1399-1406, 1997. Se ennumeran las características de las especies utilizadas en fitoestimulación. Este enfoque está siendo ensayado para reducir la contaminación por combustibles utilizando plantas de alfalfa. También se realizaron estudios con álamos para combatir la contaminación con atrazina Referencias: Burken, J.G. and Schnoor, J.L. Uptake and metabolism of atrazine by poplar trees. Environ. Sci. Technol., 31:1399-1406, 1997.

52. La fitoestabilización se basa en la inmobilización de metales pesados del suelo, que puede acompañarse con la minimización de la erosión, reducción de la solubilidad del contaminante y de la biodisponibilidad para la cadena alimentaria. La aplicación de materia orgánica, fosfatos, agentes alcalinos, entre otros, puede disminuir la solubilidad de los metales en el suelo, minimizando su pasaje a las napas de aguas subterráneas. La planta puede acumular los contaminantes en las raíces o causar la precipìtación de los mismo en las inmediaciones de las raíces. La fitoestabilización se basa en la inmobilización de metales pesados del suelo, que puede acompañarse con la minimización de la erosión, reducción de la solubilidad del contaminante y de la biodisponibilidad para la cadena alimentaria. La aplicación de materia orgánica, fosfatos, agentes alcalinos, entre otros, puede disminuir la solubilidad de los metales en el suelo, minimizando su pasaje a las napas de aguas subterráneas. La planta puede acumular los contaminantes en las raíces o causar la precipìtación de los mismo en las inmediaciones de las raíces.

53. Las plantas pueden ser usadas también como “indicadoras”para detectar la presencia de compustos tóxicos en el medio ambiente. La estrategia utilizada en el ejemplo que se presenta se basa en transformar a las mismas con un gen reporteto uidA que posee mutaciones puntuales que impiden la transcripción del mismo y, por ende, la síntesis de la proteína GUS. Sólo expresarán el gen completo aquellas células que hayan realizado recombinación homóloga con el sustrato de recombinación o que hayan sufrido una mutación puntual (reversión). Estas plantas se utilizan para la medir genotoxicidad inducida por los compuestos tóxicos inorganicos. Las mutaciones inducidas por estos agentes puede producir, con cierta frecuencia, la reversión del gen al estado funcional. La tasa de reversión (medible por la aparición de actividad GUS) es proporcional a la concentración del agente genotóxicol. Referencias: Kovalchuk O., Titov V., Hohn B., Kovalchuk I. A sensitive transgenic plant system to detect toxic inorganic compounds in the environment. Nature Biotechnology, 19:568-572, 2001. Las plantas pueden ser usadas también como “indicadoras”para detectar la presencia de compustos tóxicos en el medio ambiente. La estrategia utilizada en el ejemplo que se presenta se basa en transformar a las mismas con un gen reporteto uidA que posee mutaciones puntuales que impiden la transcripción del mismo y, por ende, la síntesis de la proteína GUS. Sólo expresarán el gen completo aquellas células que hayan realizado recombinación homóloga con el sustrato de recombinación o que hayan sufrido una mutación puntual (reversión). Estas plantas se utilizan para la medir genotoxicidad inducida por los compuestos tóxicos inorganicos. Las mutaciones inducidas por estos agentes puede producir, con cierta frecuencia, la reversión del gen al estado funcional. La tasa de reversión (medible por la aparición de actividad GUS) es proporcional a la concentración del agente genotóxicol. Referencias: Kovalchuk O., Titov V., Hohn B., Kovalchuk I. A sensitive transgenic plant system to detect toxic inorganic compounds in the environment. Nature Biotechnology, 19:568-572, 2001.

54. Panel superior: las frecuencias de mutación se monitorean mediante el conteo de puntos por cada planta en función de la concentración del metal pesado presente en el medio. Los asteriscos muestran diferencias significativas entre concentraciones vecinas. Ct, control o plantas crecidas en ausencias del contaminante. Como regla general, se observa que al aumentar la concentración de la sustancia contaminante, también aumenta el número de puntos, es decir, la frecuencia de mutación. El zinc no parece causar el mismo efecto que las otras sustancias, por lo menos a bajas concentraciones. Panel inferior: se realizaron experimentos similares a los anteriores, pero en este caso analizando la frecuencia de recombinación homóloga. Referencias: Kovalchuk O., Titov V., Hohn B., Kovalchuk I. A sensitive transgenic plant system to detect toxic inorganic compounds in the environment. Nature Biotechnology, 19:568-572, 2001. Panel superior: las frecuencias de mutación se monitorean mediante el conteo de puntos por cada planta en función de la concentración del metal pesado presente en el medio. Los asteriscos muestran diferencias significativas entre concentraciones vecinas. Ct, control o plantas crecidas en ausencias del contaminante. Como regla general, se observa que al aumentar la concentración de la sustancia contaminante, también aumenta el número de puntos, es decir, la frecuencia de mutación. El zinc no parece causar el mismo efecto que las otras sustancias, por lo menos a bajas concentraciones. Panel inferior: se realizaron experimentos similares a los anteriores, pero en este caso analizando la frecuencia de recombinación homóloga. Referencias: Kovalchuk O., Titov V., Hohn B., Kovalchuk I. A sensitive transgenic plant system to detect toxic inorganic compounds in the environment. Nature Biotechnology, 19:568-572, 2001.