Las aguas residuales son un desafío ambiental urgente. Estas corrientes domésticas e industriales contienen compuestos dañinos como nitrógeno y fósforo, que causan eutrofización y amenazan la biodiversidad acuática. Para abordar este problema, el método tradicional de lodos activados ha sido la solución preferida desde hace décadas, dado su poder para descomponer materia orgánica. Sin embargo, este proceso tiene un alto coste energético: entre el 60% y el 80% del consumo total de energía en las plantas de tratamiento se emplea en la oxigenación, según el informe del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico de España (2024). La necesidad de métodos más sostenibles ha impulsado investigaciones innovadoras, como el estudio de Osaka Metropolitan University, donde se demostró que las microalgas y microorganismos heterótrofos, como Saccharomyces cerevisiae, se presentan como alternativas prometedoras para mejorar la eficiencia del tratamiento de aguas residuales.​

Microalgas y eficiencia energética

Las microalgas destacan en la remoción de nutrientes. La capacidad de las microalgas para realizar la fotosíntesis las convierte en un aliado prometedor en el tratamiento de aguas. Gracias a esta capacidad, pueden fijar dióxido de carbono y generar oxígeno, eliminando la necesidad de costosas operaciones de aeración. Según estudios recientes, cuando las microalgas se utilizan para tratar aguas residuales, pueden lograr tasas de eliminación de amonio y fosfato de hasta el 100% y el 89%, respectivamente, dependiendo de las condiciones específicas. Sin embargo, su crecimiento en ambientes con bajo CO₂ es una limitación significativa. Aquí es donde entra la levadura Saccharomyces cerevisiae, que produce dióxido de carbono como subproducto metabólico, mejorando el entorno para las microalgas y maximizando la eficiencia del tratamiento, especialmente en escenarios de baja concentración de carbono​.

La combinación de microalgas y levaduras es una solución innovadora. En el estudio llevado a cabo por Osaka Metropolitan University, se evaluó el alga verde Chlamydomonas reinhardtii en combinación con varias levaduras. Los resultados mostraron que esta sinergia alcanzó una eliminación del 80% de carbono orgánico total, un 93% de fosfato y un 63% de amonio en un plazo de 18 horas, mucho más rápido y eficiente que los métodos tradicionales. Además, se descubrió que este enfoque mejora la captación de nutrientes gracias a la producción conjunta de oxígeno y dióxido de carbono, haciendo que el sistema sea autosuficiente y reduciendo significativamente el impacto energético y económico del tratamiento.

Microalgas y levaduras optimizan la eficiencia energética y captación de nutrientes en tratamiento de aguas

Un análisis molecular revelador

Los análisis genéticos explican el éxito. Para comprender por qué esta combinación es tan eficaz, se realizaron análisis transcriptómicos, revelando cambios significativos en la expresión génica. En Chlamydomonas reinhardtii, se detectaron 1,371 genes con alteraciones, destacando aquellos que mejoran la captación de nutrientes esenciales como el fosfato y el amonio. Esto indica que el entorno creado por la levadura no solo apoya el crecimiento microalgal, sino que también potencia sus funciones metabólicas críticas para la depuración del agua. En Saccharomyces cerevisiae, se observaron 692 genes afectados, con un aumento notable en los que regulan la producción de ATP, protegiendo a las células contra el daño y el estrés oxidativo, problemas comunes en el tratamiento de aguas residuales​.

La resiliencia de los microorganismos es clave. La combinación de microalgas y levaduras no solo optimiza la eliminación de contaminantes, sino que también mejora la resiliencia del sistema frente a condiciones adversas. El estrés oxidativo es un desafío crítico en el tratamiento de aguas, ya que puede dañar gravemente a los microorganismos. Sin embargo, en este sistema combinado, se observó que la expresión de genes protectores, como TRX1 y GRX3, aumentó, fortaleciendo la capacidad de las células para resistir estos efectos dañinos. Esta mejora en la defensa biológica asegura que el tratamiento sea eficiente y duradero, incluso en ambientes con alta carga contaminante, posicionando a este método como un avance biotecnológico con gran potencial​.

La combinación microbiana mejora la defensa celular, garantizando un tratamiento eficiente

Avances y oportunidades futuras

Este método tiene un gran potencial industrial. La integración de Chlamydomonas reinhardtii y Saccharomyces cerevisiae no solo optimiza la eliminación de nutrientes, sino que también abre la puerta a la recuperación de productos valiosos. Por ejemplo, estos microorganismos pueden acumular lípidos y polisacáridos en sus células, los cuales se pueden utilizar en biocombustibles o como fertilizantes microbianos, añadiendo valor económico a un proceso que tradicionalmente solo se enfocaba en la depuración.

El futuro promete avances emocionantes. Sin embargo, aún existen desafíos que abordar, como la optimización de las condiciones ambientales (temperatura, luz y pH) para maximizar la eficiencia del proceso. Las investigaciones futuras deberían centrarse en ajustar estos parámetros y en desarrollar sistemas de cultivo a gran escala que mantengan la estabilidad del co-cultivo. Además, sería valioso explorar la integración de esta tecnología en las plantas de tratamiento existentes, considerando factores específicos del agua urbana en España, como su composición estacional variable. Con un enfoque multidisciplinar, este método tiene el potencial de convertirse en un estándar de oro en el tratamiento sostenible de aguas​.

Optimizar temperatura, luz y pH es esencial para maximizar este método de tratamiento de aguas

Conclusión

La biotecnología sigue abriendo nuevas fronteras. La integración de microalgas y levaduras en el tratamiento de aguas residuales ofrece una solución energéticamente eficiente y ambientalmente sostenible. La reducción del consumo de energía y la producción de compuestos valiosos hacen de este método una innovación clave. Con la colaboración de ingenieros, biólogos y expertos en sostenibilidad, el desarrollo de estas tecnologías podría transformar significativamente la gestión del agua en el futuro cercano. Este avance es un claro ejemplo de cómo la ciencia y la ingeniería pueden unirse para resolver problemas globales, mejorando la calidad del agua y reduciendo el impacto ambiental, lo que es vital en un mundo donde la gestión de los recursos hídricos se vuelve cada vez más crítica.

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