Nueva investigación en biofilms: lucha contra la naturaleza y la naturaleza

Incrustación de organismos bioincrustantes en una superficie metálica. Crédito: Maria Salta

Biofouling organismos en una superficie de plástico (mejillones, algas y briozoos). Crédito: Maria Salta Organismos bioincrustantes en una superficie de plástico (mejillones, algas y briozoos). Crédito: Maria Salta Organismos bioincrustantes en una superficie de plástico (mejillones, algas y briozoos). Crédito: Maria Salta Organismos bioincrustantes en una superficie de plástico (mejillones, algas y briozoos). Crédito: Maria Salta

Biofouling organismos en una superficie de plástico (mejillones, algas y briozoos). Crédito: Maria Salta

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Debajo del reluciente mosaico de azules y verdes se esconde un intrincado mundo de comunidades de animales únicos, paisajes diversos y condiciones cambiantes. El océano es también uno de los ecosistemas más extraordinarios y fascinantes del planeta, un lugar que puede albergar tanto la fuente de un problema como la solución. En el sector marítimo, se estima que $ 56 millones al año están asociados con la bioincrustación solo para la Armada de los EE. UU.

Los recubrimientos antiincrustantes tienen el potencial de reducir millones de toneladas de emisiones de gases de efecto invernadero cada año, pero la industria aún no ha encontrado un método eficaz que sea ecológico. La Dra. María Salta, microbióloga ambiental de la Universidad de Portsmouth en el Reino Unido, está explorando cómo la capacidad de la naturaleza para autolimpieza puede contener los secretos que necesitamos para seguir moviéndonos y las estructuras estáticas son libres. Si tiene éxito, no solo salvará a la industria naviera en millones, sino que ayudará a proteger al planeta de una mayor exposición a sustancias tóxicas de las cuales las comunidades marinas aún sufren el impacto de hoy.


Los recubrimientos antiincrustantes reducen 384 millones de toneladas de dióxido de carbono y 3.6 millones de toneladas de dióxido de azufre cada año. La Organización Marítima Internacional estima que sin medidas correctivas y la introducción de nuevas tecnologías antiincrustantes, las emisiones de gases de efecto invernadero podrían aumentar alrededor del 38 por ciento al 72 por ciento para 2020.

Durante más de treinta años, el tributilestaño (TBT) fue el agente activo en pinturas antiincrustantes utilizadas ampliamente en el sector marítimo. No fue hasta la década de 1980 cuando se descubrió que era una de las sustancias más nocivas introducidas conscientemente en el medio marino. Los TBT estaban causando daños graves a los animales no objetivo en el entorno marino más amplio, como las deformidades en las comunidades de moluscos y moluscos, la reducción del crecimiento de algas y los efectos tóxicos en los peces jóvenes.

La Dra. María Salta es una experta en biofilms marinos con un particular interés de investigación en recubrimientos antiincrustantes respetuosos con el medio ambiente. "Hasta 2003, la industria marítima utilizaba TBT, que fue exitosa pero una sustancia muy tóxica. Estaba actuando contra animales que no son el objetivo, y junto con muchos otros efectos secundarios, estaba cambiando su sexo. Las toxinas de TBT se han acumulado en el agua y los sedimentos desde que se utilizó por primera vez en la industria a mediados de los años 60. Tomó más de 30 años prohibirlo por completo, pero para entonces ya había causado muchos daños irreversibles ".

La investigación de Salta explora soluciones que imitan los sistemas naturales para detener el crecimiento marino en los cascos de los barcos. Los científicos han estudiado con detalles microscópicos qué hace que la piel de las ballenas, los tiburones y algunas otras criaturas marinas sea capaz de disuadir a los percebes, mejillones y algas que se adhieren a las estructuras hechas por el hombre que permanecen en el mar durante un período prolongado. Si bien la primera capa de colonización (biofilms) es muy importante, a menudo se ignora en la investigación.

Salta explica: "Las biopelículas (también conocidas como baba) son la primera capa de colonización compuesta principalmente de diatomeas y bacterias. Muchas personas creen que esta capa es la primera en formarse en una superficie, pero también actúa como fuente de alimento para organismos más grandes, como esporas y larvas, que eventualmente se unen firmemente. El biofilm solo puede causar hasta un 18 por ciento de penalización de combustible con menos de 1 milímetro de grosor. Por lo tanto, no solo es una fuente de alimentos sino que crea grandes problemas en sí mismos, incluida la aspereza de la superficie que afecta la hidrodinámica del barco, las picaduras y la biocorrosión de las tuberías marinas, la acuicultura y más, no solo barcos ".

La bioincrustación afecta a todos los objetos hechos por el hombre en el medio acuático. Para Salta, encontrar una solución significaba que primero debía encontrar formas de eliminar la biopelícula. "Es fascinante porque es una microcomunidad tan dinámica con tantos organismos diferentes. De hecho, para las algas y los percebes, que son el principal problema cuando se trata de envíos, la industria marítima tiene algunos métodos para hacer frente a este problema. Usan recubrimientos a base de silicona muy parecidos a las superficies antiadherentes que se encuentran en nuestras sartenes. Los organismos se adhieren, pero cuando el barco comienza a moverse, se caen. Esta es una táctica excelente, pero funciona mejor a altas velocidades y no funciona para nada efectivo para objetos estáticos. Además de eso, la biopelícula todavía está allí causando estragos ".

A través de su investigación, Salta ha desarrollado una gama de técnicas innovadoras para probar diversos recubrimientos antiincrustantes, materiales y comportamientos de incrustación en el laboratorio que simulan las condiciones naturales. "Hubo un vacío en estas técnicas durante mucho tiempo hasta ahora, y en muchos aspectos, las personas todavía usan métodos básicos. Por ejemplo, cuando se prueban materiales antiincrustantes, los científicos a menudo lo hacen en un entorno estático, aunque informativo, no lo es". t representa el entorno real, ya que las biopelículas siempre están expuestas al flujo. Incluso si las naves no se mueven, hay mareas, por lo que nunca son verdaderamente "estáticas". Desarrollé un nuevo método que incorpora hidrodinámica para poder ver qué sucede cuando las biopelículas están bajo flujo que serían más representativas del entorno natural. También he desarrollado métodos de alto rendimiento que evalúan cómo las biopelículas se forman directamente en recubrimientos experimentales y comerciales ". dijo Salta.

"También sabemos que las biopelículas prefieren adherirse a algunas superficies más que otras. El problema es que a menudo las bacterias se adaptan: si modifica las propiedades de la superficie, las bacterias podrían potencialmente modificarse para superar las barreras. No sabemos cómo o por qué y en qué medida los microorganismos se adaptan según la superficie, por lo que como parte de mi investigación estamos examinando asociaciones de especies y materiales. Recientemente han aparecido nuevos resultados y parecen interesantes. Pero antes de que podamos evitar la bioincrustación, primero debemos comprender las biopelículas "¿Por qué estos microorganismos se adhieren a dónde se unen y cómo? Y luego encontraremos una solución en paralelo a esa investigación".

El trabajo de Salta abarca una variedad de ángulos, incluida la biomimética y la secuenciación de próxima generación "Cuando los músculos son muy jóvenes, las proteínas pueden ayudarlos a mantenerse libres de impurezas. Pero la solución no será sencilla porque están involucradas la química y la biología. no está completamente libre de impurezas, también tiene bacterias. Entonces, ¿las bacterias juegan un papel en mantener las algas marinas libres de otros organismos bioincrustantes? Hay momentos en que se ha demostrado que esto es así.

Grandes animales marinos también han sido vistos debido a su existencia relativamente libre de faltas. Las nuevas tecnologías se inspiran en la forma de la superficie y el patrón que se encuentra en los organismos marinos, como el tiburón. Por ejemplo, la superficie del tiburón funciona hidrodinámicamente, y las "escamas" ayudan a crear pequeños vórtices que en teoría funcionan para evitar que las bacterias se adhieran, colonicen y formen biofilms. Salta explicó que estos tipos de tecnología han tenido cierto éxito; sin embargo, a menudo son de corta duración porque la biopelícula puede eventualmente formar una capa sobre la superficie.