En este artículo, os contamos qué es la Plastisfera y os presentamos un ejemplo de un artículo científico en el que se estudia un caso concreto de plastisfera en el estuario del Río de la Plata (Argentina), en donde se analiza el desarrollo de biofilm y bacterias fecales sobre microplásticos.
La Plastisfera
Los microplásticos (MPs) son considerados contaminantes emergentes y suelen ingresar en los ecosistemas acuáticos, donde son transportados por las corrientes y mareas hasta acumularse en las costas. En muchos casos, éstos pueden ser colonizados por diversos microorganismos; es decir, además de acumular contaminantes, las superficies microplásticas pueden ser colonizadas por comunidades microbianas, que forman una biopelícula o biofilm, que dará lugar a toda una comunidad o ecosistema denominado “Plastisfera”.
Este término, fue originalmente descrito por la Dr. Linda Amaral-Zettler del Laboratorio Biológico Marino, el Dr. Tracy Mincer de la Institución Oceanográfica Woods Hole, y el Dr. Erik Zettler de la Asociación de Educación del Mar, en un estudio conjunto en el que analizaron las clases de microbios que viven en dicha plastisfera, cómo colonizan las superficies de los plásticos y cómo podrían afectar a los ecosistemas marinos.
Además del papel de los microplásticos como portadores de genes de resistencia a antibióticos, éstos podrían actuar como vectores que favorecen la distribución de posibles agentes patógenos, tanto para otros animales como para humanos, desde áreas de descarga de aguas residuales a ecosistemas acuáticos no afectados por dicha contaminación. De hecho, se ha informado que los patógenos, como los miembros del género Vibrio, el cual incluye a las bacterias que causan el cólera y otro tipo de enfermedades gastrointestinales, son abundantes en los microplásticos.
Cabe indicar que, además de microbios, los insectos también se han asentado sobre plásticos en áreas del océano en las que anteriormente no podrían.
La contaminación plástica proporciona un «barco» más duradero que el material biodegradable para llevar los organismos durante largas distancias. Este transporte de larga distancia, puede transportar microbios a ecosistemas diferentes y potencialmente introducir alguna especie invasora, así como algas nocivas y otros patógenos. Asimismo, el ecosistema creado por la plastisfera, difiere del de otros materiales flotantes que lo hacen de forma natural (como plumas y algas), debido a su lenta velocidad de biodegradación y otras condiciones diferentes.
Las biopelículas que colonizan el plástico expuesto al medio marino, están moduladas principalmente por factores biogeográficos y ambientales, como la salinidad y la concentración de nutrientes en el agua. Las superficies microplásticas en sí mismas, también influyen en los procesos de colonización, ya que algunos organismos en la plastisfera podrían usar el plástico como fuente de energía debido a su capacidad para degradar biopolímeros altamente complejos, como la lignina y los derivados del petróleo.
Por tanto, con el término “Plastisfera” nos podemos referir a todo el conjunto de comunidades de macro y microorganismos que se han adaptado a vivir sobre fragmentos de plástico, de modo que éste constituye un nuevo hábitat para ellos, actuando como un arrecife artificial que permite su asentamiento, reproducción y evolución.
Presentación del estudio del desarrollo de biofilm y bacterias fecales sobre microplásticos en el estuario del Río de la Plata
“Study of the plastisphere: biofilm development and presence of faecal indicator bacteria on microplastics from the Río de la Plata estuary” (“Esudio de la plastisfera: desarrollo de biofilm y presencia de bacterias indicadoras fecales sobre microplásticos del estuario del Río de la Plata”), es un artículo científico llevado a cabo por las científicas del Instituto de Limnología ‘‘Dr. Raúl A. Ringuelet” del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) de Argentina: Rocío Soledad Pazos, Jimena Camila Suárez y Nora Gómez, y publicado con acceso libre en la revista Ecosistemas del último trimestre de 2020, dedicada exclusivamente al estudio de microplásticos en ecosistemas acuáticos, bajo la siguiente referencia: Pazos, R. S., Suárez, J. C., & Gómez, N. (2020). Estudio de la plastisfera: desarrollo del biofilm y presencia de bacterias indicadoras fecales en microplásticos del estuario del Río de la Plata. Ecosistemas, 29(3), 2069. https://doi.org/10.7818/ECOS.2069.
Este artículo, se trata del estudio que se realizó en el sector de agua dulce del estuario del Río de la Plata (Franja Costera Sur, Argentina), con el objetivo de analizar cómo se desarrolla la plastisfera sobre los microplásticos en condiciones de laboratorio, y analizar la presencia de bacterias indicadoras de contaminación fecal (Escherichia coli y Enterococci) en MPs hallados en el sedimento intermareal, en sitios costeros con diferentes usos del suelo, para constatar la influencia de factores como las mareas, la repercusión de vertidos residuales o actividades urbanas, así como el tamaño o la antigüedad de los desechos plásticos.
La mayoría de trabajos sobre plastisfera están enfocados en ambientes marinos, pero es importante estudiarlos en ecosistemas estuarinos debido a los servicios que brindan estos ambientes, así como a la gran carga de contaminantes que llegan a sus costas. En concreto, en América del Sur, la mayoría de ellos sufren las consecuencias del asentamiento de centros urbanos e industriales en sus márgenes, la expansión de la agricultura y la acuicultura, la extracción de agua, la descarga de aguas residuales y el ingreso de diversos contaminantes, entre los que se encuentran los microplásticos.
En Argentina, el estuario del Río de la Plata es parte de la cuenca del Plata, que es la segunda más grande de América del Sur y es un importante recurso hídrico que brinda diferentes servicios ecosistémicos para la región. Este recurso, es la principal fuente de agua potable y ofrece servicios como actividades pesqueras, recreativas y de navegación, pero también recibe escorrentías agrícolas, descargas industriales y alcantarillado.
En otros trabajos, ya se han registrado microplásticos en la columna de agua del Estuario del Río de la Plata, integrando la comunidad de plancton, en conjuntos de peces y en mejillones de la especie Limnoperna fortunei (Dunker, 1857). Sin embargo, aún se desconoce la dinámica de colonización del biofilm en microplásticos, así como si pueden actuar como sustrato para organismos que indiquen contaminación fecal, por eso se realizó este estudio.
Como veremos en detalle en los siguientes apartados, los resultados revelaron un notable desarrollo y diversidad de organismos del biofilm a partir de la segunda semana de colonización, recubriendo la superficie del microplástico y enmascarando así a este contaminante. Y por otra parte, se confirmó la presencia de bacterias indicadoras fecales en los MPs del sedimento intermareal en todos los sitios estudiados, siendo mayor en los MPs hallados en áreas influenciadas por descargas cloacales. También se confirmó la influencia de factores como las mareas, la repercusión de vertidos residuales o actividades urbanas, así como el tamaño o la antigüedad de los desechos plásticos.
Asimismo, el equipo de investigación explica que estos residuos contaminantes presentes en la arena “podrían entrar en contacto con las personas que se acercan a dichas áreas recreativas, particularmente los niños que juegan en la playa”. Y advierten de que estos desechos tienen una gran potencialidad de sobrevivir en el agua, “llevando dicha comunidad contaminante a otros ecosistemas limpios”.
Métodos
A continuación, se describe cómo fueron los métodos empleados por las investigadoras para llevar a cabo su estudio de la plastisfera en el Estuario del Río de la Plata.
Área de estudio
El Río de la Plata recibe la descarga de los ríos Paraná y Uruguay, que, con un caudal medio anual de 22 000 m3 s-1, aportan más del 97% de la captación de aguas continentales. Según su geomorfología y dinámica, el estuario se divide en dos regiones: interior (agua dulce) y exterior (mixohalino). Estas regiones, están separadas por una barrera geomorfológica denominada Barra del Indio (que se extiende a lo largo de una línea desde Punta Piedras (Argentina) hasta Montevideo (Uruguay), de 6,5 a 7m de profundidad. Esta barrera, junto con la isohalina de 0,5 UPS (1000μS cm-1), forman el límite entre el agua dulce (37% de la superficie del estuario) y la zona salobre.
Para analizar la presencia de bacterias indicadoras de contaminación fecal, se seleccionaron siete sitios de muestreo en el sector de agua dulce del estuario, que cubre 120 km de la costa argentina y están expuestos a diferentes usos del suelo.
Así pues, en el sitio de Quilmes (QUI), se realizan actividades recreativas y pesqueras, está expuesto al impacto de la ciudad de Buenos Aires y, aguas abajo, al vertido de una cuenca altamente contaminada, como es el río Matanza-Riachuelo. El sitio de Berazategui (BE), está ubicado cerca del efluente de alcantarillado de la ciudad de Buenos Aires; y el sitio de Punta Colorada (PC), está ubicado aguas abajo. En el sitio de Punta Lara (PL), se realizan mayoritariamente actividades recreativas y pesqueras. El sitio de Bagliardi (BAG), está ubicado en el área que rodea el efluente de aguas residuales de la ciudad de La Plata; y el sitio de Balandra (BAL), está ubicado aguas abajo. El sitio más al sur del área de estudio, es Punta Indio (PI), que es el más cercano al Frente Máximo de Turbidez del estuario, con una salinidad cercana a 10 PSU.
Experimento de laboratorio
Para analizar la colonización del biofilm en microplásticos en condiciones de laboratorio, se extrajo agua del sitio de PL y se refrigeró durante su transporte al laboratorio.
A esa agua, se le añadieron 20 microplásticos de polietileno (de 3mm y de color rosa y blanco) por cada 60mL. Los frascos se colocaron en un agitador con movimiento rotatorio a 150 mot min-1, en condiciones de laboratorio (temperatura media 20ºC, intensidad lumínica media de 790μM m2s-1).
El agua se renovó parcialmente una vez por semana y la duración del bioensayo fue de 35 días, considerando el tiempo de residencia del agua en el sector de agua dulce del estuario.
Las muestras se extrajeron por triplicado los días 2, 7, 14, 21, 28 y 35 después del inicio de la prueba. Los MP recolectados, se colocaron en frascos de vidrio que contenían 5ml de agua destilada, los cuales se sonicaron en un baño de ultrasonidos durante tres períodos de 30 segundos, con el fin de liberar el biofilm.
Análisis de microorganismos del biofilm
Para analizar las bacterias viables y no viables contenidas en el biofilm, se utilizaron 0,5ml de la sonicación de MPs (por triplicado).
Se tiñeron los ácidos nucleicos de verde fluorescente, tanto de aquellas con membranas completas como con membranas dañadas, y de rojo solo bacterias con membranas dañadas. En consecuencia, las bacterias con membranas intactas, emiten fluorescencia en verde (consideradas vivas) y las bacterias con membranas dañadas, emiten fluorescencia en rojo (consideradas muertas).
El recuento de bacterias se realizó mediante el programa Image J, a partir de fotografías capturadas en 20 campos aleatorios, con una cámara Olympus Q-Color 5.
La muestra (por triplicado) para el recuento de microalgas, protozoos e invertebrados, se fijó con formalina. Para el recuento, se utilizó 1ml obtenido de la sonicación de MPs, que se analizó bajo un microscopio invertido con aumentos de 400x y 600x.
Los individuos se contaron por células. En el caso de las algas filamentosas, se midieron las células y se calculó el número de células totales según la longitud del filamento. La identificación taxonómica se realizó a nivel de grandes grupos: diatomeas, clorofitas, cianobacterias, euglenofitas, crisófitas, ciliados, rotíferos y nematodos.
Análisis de bacterias que indican contaminación fecal en MP
Para el análisis de bacterias fecales en microplásticos en el Estuario del Río de la Plata, se recolectaron 32 MPs del sedimento, a lo largo de un transecto paralelo a la línea de costa, ubicado en el área de máxima acumulación por marea alta en la zona intermareal.
Cada microplástico se recogió con pinzas, se lavó suavemente con agua destilada para eliminar el sedimento adherido y se colocó en un tubo Eppendorf con 500μl de pirofosfato de sodio (solución dispersante). Los MP se refrigeraron hasta su análisis, que se llevó a cabo dentro de las 24 horas. Los tubos Eppendorf, se colocaron en un rotador mecánico durante media hora, para separar las bacterias de los MP. Luego, cada tubo se agitó para homogeneizar la muestra, antes de verterla en los microtubos de las placas de microtitulación.
Posteriormente, 200μl de cada muestra se pipeteó en un pocillo con medio de cultivo diferencial, para la detección de E. coli, y otros 200μl de la misma muestra, en otro pocillo con cultivo específico para detectar Enterococci.
Este procedimiento se realizó con cada uno de los MP extraídos en campo, por lo que se incubaron 32 pocillos por cada sitio de muestreo.
Después de la incubación de las placas a 44 °C durante 48 a 72 horas, se leyeron bajo luz ultravioleta de 266nm de longitud de onda. De esta manera, se registró cuáles mostraron fluorescencia, es decir, un resultado positivo con crecimiento bacteriano (presencia), y cuáles no eran fluorescentes, siendo un resultado negativo, sin crecimiento bacteriano (ausencia). Los resultados, se calcularon como número de MP con bacterias (pocillo positivo) / número de MP totales (total = 32) para cada sitio, expresado como porcentaje.
En cuanto a las características de los MP encontrados, se registró el color, tamaño y forma, con el fin de clasificarlos siguiendo las categorías más utilizadas: fragmento, película, pellet y espuma.
Análisis estadístico
Finalmente, el análisis estadístico fue realizado con el software R versión 3.5.1., en el que se llevó a cabo un análisis ANOVA de una vía, para explorar las diferencias en la densidad de microalgas, protozoos, invertebrados y bacterias, entre las diferentes fechas durante la experiencia de colonización en laboratorio. Las diferencias (nivel de significación p ≤ 0,05) se analizaron post-hoc, mediante la prueba de Fisher.
Resultados
Y ahora se muestran los resultados que se obtuvieron en el experimento de laboratorio y en el análisis de bacterias que indican contaminación fecal en microplásticos.
Resultados del experimento de laboratorio
Los resultados revelaron un notable desarrollo y diversidad de organismos de biopelícula en los microplásticos a lo largo de los 35 días de la prueba. Para la segunda semana, la densidad de organismos ya había aumentado un orden de magnitud. En una primera etapa, dominaron bacterias, cianobacterias y ciliados, y hacia el final, diatomeas y rotíferos, junto a una mayor proporción de bacterias viables.
Dentro del grupo heterotrófico, la colonización de bacterias al comienzo de la prueba (figura 1), era solo un 25% viable, pero aumentó al 70% en el día 35, tal y como puede verse en la segunda figura, en cuyas imágenes inferiores se observan las bacterias viables en verde y las no viables en rojo, según se explicó en el apartado de Métodos.
Por otro lado, se observaron diferencias significativas en la densidad de los autótrofos entre el inicio y el final del experimento, atribuible al mayor desarrollo de diatomeas, tal y como puede observarse en las siguientes figuras. En un análisis más detallado, se observaron diatomeas, clorofitas, euglenofitas y cianobacterias desde el día 2, siendo estas últimas dominantes; mientras que en el día 7 también se observaron las crisofíceas, y las diatomeas fueron el grupo dominante que continuaron predominando hasta el final del experimento. Hacia el final de la prueba, aumentó el número de clorofitas.
Con respecto a los protozoos e invertebrados observados, la densidad fue menor que la de las bacterias y el componente autótrofo. La colonización fue, alternativamente, por ciliados y rotíferos, y a partir del día 28 se observaron nematodos.
Resultados del análisis de bacterias que indican contaminación fecal en microplásticos
El análisis de bacterias indicativas de contaminación fecal, reveló su presencia en los microplásticos del sedimento intermareal de los siete sitios. Se registró E. coli en todos los sitios, mientras que se encontraron Enterococos solo en tres de ellos (QUI, BE y BAG). La mayor proporción de bacterias registradas en los MP, se encontró en el sitio BAG, seguido de QUI y BE.
Por su parte, los microplásticos sobre los que se analizaron los indicadores fecales, correspondieron a cuatro categorías: fragmento (69,6%), película (20,5%), pellet (9,4%) y espuma (0,4%). El tamaño de los MP fue superior a 1000μm, siendo la categoría más frecuente > 2500 ≤ 3000μm. Asimismo, predominaron los MP de color azul (29%), seguidos del rojo (22%), y de otros colores en menor proporción.
De los 224 MP analizados, se registró E. coli en 48 (21,4%) y Enterococci en 10 (4,5%). Teniendo en cuenta solo los MP en los que se encontraron bacterias, E. coli estaba presente en fragmentos, gránulos y películas; mientras que se observaron enterococos en fragmentos y películas. Ninguno de los dos indicadores de contaminación fecal se observó en la espuma.
E. coli estaba presente en MP de diferentes colores, a diferencia de los enterococos, que se registraron solo en MP azules, rojos y verdes. Y en cuanto al tamaño de los MP, ambos indicadores fecales estuvieron presentes en varias categorías de tamaño.
Discusión y Conclusión sobre la plastisfera en el estuario del Río de la Plata
Este estudio mostró que la superficie de los microplásticos fue favorable para la adhesión de organismos constituyentes de biofilm, provenientes del agua del estuario del Río de la Plata, en un corto período de tiempo.
La rápida colonización de microorganismos en las muestras de plástico analizadas, empezó a detectarse a partir del día 2 del experimento de laboratorio que duró 35 días, el tiempo que el agua dulce reside en el estuario, observándose una comunidad diversificada de organismos, pertenecientes a diferentes grupos taxonómicos de autótrofos y heterótrofos.
En los primeros días, dominaron un grupo de bacterias con gran capacidad de adaptación a las condiciones del entorno, llamadas cianobacterias. Y entre el día 7 y 14, esta comunidad fue aumentando su grado de colonización y desarrollo del biofilm, mediante la unión de invertebrados y algas específicas, hasta enmascarar por completo este contaminante, donde destacó la presencia de un tipo de algas llamadas diatomeas, dominando entre éstas, especies tolerantes a procesos contaminantes como la eutrofización, y la materia orgánica. Además, la mayoría de los estudios, han demostrado que las diatomeas son residentes comunes y omnipresentes de la plastisfera.
La colonización por protozoos e invertebrados, se alternó entre ciliados y rotíferos, siendo los ciliados los colonizadores precoces y dominantes. Éstos también son taxones comunes en la plastisfera, ya que se observan ciliados en microplásticos de muestras marinas y de agua dulce y/o salobre.
Por otro lado, la presencia de bacterias fecales en microplásticos se confirmó en todos los sitios estudiados, destacando una mayor proporción en aquellas áreas influenciadas por vertidos de aguas residuales o por una intensa actividad urbana, siendo el área de Bagliardi, zona que rodea el efluente de aguas residuales de la ciudad de La Plata, donde se registraron los valores más altos (50% E.coli y 15.6% enterococos). En segundo lugar, Quilmes, un espacio de actividades recreativas y pesqueras expuesto al impacto de la ciudad de Buenos Aires, y receptor del vertido de una cuenca altamente contaminada como es el río Matanza-Riachuelo, con resultados de más de un 40% E.coli y cerca de un 10% de enterococos. Y por último, Berazategui, ubicado cerca del efluente de aguas residuales de la ciudad de Buenos Aires, con más de un 30% de E.coli y más de un 6,2% de enterococos. En el resto de sitios, ubicados aguas más abajo, la proporción de E. coli fue inferior al 6% y no se registró presencia de enterococos. Resultados en concordancia con otros estudios que advirtieron que el sitio de Bagliardi presentaba los mayores recuentos de bacterias indicadoras de contaminación fecal.
Los resultados de este estudio también apuntan que la marea es un factor que favorece que los desechos plásticos puedan ser rápidamente colonizados por bacterias fecales en un lugar como el estuario del Río de la Plata, con un régimen de mareas semidiurno; en el cual los sedimentos retienen bacterias fecales provenientes de distintas fuentes puntuales y difusas, como pueden ser descargas de aguas residuales, como así también heces de aves o perros depositadas en la arena, siendo la marea un factor decisivo para el contacto de los microplásticos y los sedimentos contaminados.
Teniendo en cuenta el tipo de microplásticos en los que se encontraron bacterias fecales de E. coli y enterococos, los fragmentos fueron los más abundantes, ya que “su mayor desgaste y permanencia en el ambiente, hace que los fragmentos sean los microplásticos más favorables para la colonización por bacterias”. Por tamaño, los más frecuentemente colonizados por ambas bacterias fecales fueron los plásticos de 2.500 a 3.000 micrómetros (una milésima parte de milímetro). Y sobre el color, el azul, rojo y verde, fueron los predominantes, siendo el azul el que más; y “aunque en este estudio no se investigó si el color afecta al grado de adherencia de las bacterias, existe evidencia en la literatura de que los tintes influyen en el tipo de ensamblajes bacterianos encontrados en los MP”.
Todos estos resultados, destacan los riesgos de los residuos plásticos en la costa del estuario del Río de la Plata y la necesidad de implementar medidas de gestión que regulen este contaminante. Para evitar esta amenaza, las autoras de esta investigación, consideran fundamental mejorar el control de las fuentes de ingreso de residuos plásticos por arroyos y canales, “sería necesaria una red de alcantarillado integral de la zona de estudio que permita que todos los sectores de las ciudades ribereñas dirijan sus residuos a plantas de tratamiento”. A lo que suman, la necesidad de que se realice un tratamiento adecuado de esas aguas residuales, a través de sistemas de retención de sólidos que eviten el traspaso de plásticos al medio acuático. Como hábitos cotidianos, las autoras apuntan al uso de productos alternativos al plástico como bolsas de tela o botellas de vidrio, y reducir el uso de los plásticos de un solo uso.
