Nuevas tendencias para el control del biofouling por medio de alternativas no tóxicas

M. PÉREZ, M. GARCÍA, M. STUPAK, G. BLUSTEIN, M. SANTOS, C. PUENTES, K. CARREÑO

La Plata

Congreso; Reunión Interdisciplinaria sobre Biofilms de la Provincia de Buenos Aires 2012; 2012

INIFTA

La escasez de sustratos duros naturales en el medio marino trae como consecuencia que cada espacio disponible sea disputado y cubierto por una variedad de organismos, como bacterias, algas, cirripedios y mejillones, entre otros. Esta comunidad se conoce como biofouling o fouling biológico y, en un sentido amplio, involucra la fijación y crecimiento de micro y/o macroorganismos sobre cualquier sustrato sumergido natural o artificial. La formación del biofouling incluye una secuencia de etapas que sigue un orden universal; inmediatamente del contacto inicial, la superficie se modifica por adsorción de biopolímeros dando origen a la formación de la película condicionante, esta película se encuentra completamente formada al cabo de dos horas y su naturaleza química está discutida. Se la describió como un film de glicoproteínas (Baier, 1972), o bien compuesta por ácidos grasos y materiales lipídicos (Wangersky, 1976) o sustancias húmicas macromoleculares (Loeb y Neihof, 1975; Hunter, 1980). Esta película ofrece un sustrato propicio para la fijación y proliferación de células pioneras, fundamentalmente bacterias, diatomeas y protozoos. En el caso de las incrustaciones biológicas sobre sustratos sumergidos en el mar esa fijación inicial es seguida por algas y larvas de invertebrados. El carácter de la comunidad resultante es determinado por la naturaleza del sustrato, la disponibilidad y diversidad de los colonizadores, la eficiencia de su fijación y los eventos bióticos/abióticos que ocurren durante y después de la fijación (Wahl, 1989; Railkin, 2003; Chambers et al., 2006). El asentamiento y desarrollo del biofouling afecta seriamente los sustratos sumergidos ocasionando graves pérdidas económicas. Sobre los cascos de las embarcaciones los organismos pueden afectar los recubrimientos de protección provocando, por ejemplo, el desprendimiento de la pintura y debilitando la película base por acción de metabolitos o excretas en el lugar de fijación; la exposición de la superficie metálica en contacto con el agua de mar favorece el inicio de los procesos de corrosión. El microfouling y particularmente las bacterias, pueden atacar también a los componentes del ligante de las pinturas y contribuir al deterioro de las cubiertas protectoras. Por otra parte, el incremento del espesor de la comunidad puede generar un aumento entre 40 y 50% en el consumo de combustible debido a un aumento en la resistencia al movimiento (Organización Marítima Internacional, 2002). Como consecuencia de la fijación del biofouling, los costos generales del mantenimiento en una embarcación se incrementan en un 77% (Abbott et al., 2000). Otros perjuicios que se señalan por la presencia de biofouling son, por ejemplo, en los equipos de sonar provocando reducción en la sensibilidad y transmisión del sonido y aumentando los ruidos por cavitación. Por otra parte, la fijación de organismos en el interior de sistemas de cañerías genera una disminución del diámetro de las tuberías y por lo tanto un descenso en el flujo de agua, afectando los sistemas de refrigeración de plantas generadoras de energía eléctrica y de plantas desalinizadoras, En estaciones off-shore y en sistemas OTEC (Ocean-Thermal Energy Conversion), sistemas que generan electricidad a partir de la diferencia de temperatura entre aguas profundas y superficiales, el peso de los organismos puede afectar la flotabilidad y estabilidad de las estructuras, además de acelerar los procesos de corrosión. En granjas marinas, la adhesión del biofouling provoca la obstrucción de redes para acuicultura impidiendo la llegada del alimento a los organismos cultivados (peces y bivalvos) y a su vez, la salida de productos de desecho. (Muraoka, 1968; Santhakumaran, 1990; Tan et al., 2002; Willemsen, 2006). Durante décadas las pinturas antiincrustantes o antifouling han sido la mejor vía de protección de las estructuras sumergidas. Son películas que producen una liberación controlada del o los pigmentos que contienen generando una interfase altamente tóxica que evita la fijación de organismos (Caprari y Lecot, 2001). El objetivo fundamental es lograr una lixiviación controlada a lo largo del tiempo, la pérdida de tóxico tiene un valor mínimo crítico que depende del tóxico usado y de la formulación de la pintura por debajo del cual la pintura no tiene acción preventiva. Tradicionalmente, se han utilizado pigmentos antifouling de excelente poder biocida pero altamente contaminantes del agua, de los sedimentos y bioacumulables. Entre ellos se encuentran el óxido de mercurio (HgO), el arseniato mercurioso (AsO4Hg3), el trióxido de arsénico (As2O3), el arsenito cuproso (AsO3Cu3) y los compuestos organometálicos muy utilizados desde los años ‘60, como el óxido de tributilestaño (TBTO) y el óxido de trifenil estaño (TPTF). Sin embargo, las investigaciones llevadas a cabo fundamentalmente en el Hemisferio Norte confirmaron el impacto nocivo que tienen los compuestos organoestánnicos añadidos a las pinturas sobre la vida marina, entre ellos la deformación en las conchillas y fenómenos de cambios de sexo (imposex) en poblaciones de ostras (Bettin et al., 1996; Wu et al., 2010), respuestas inmunes, afecciones neurotóxicas y genéticas en peces (Ferraro et al., 2004) y bioacumulación en mamíferos (Yebra et al., 2004). Como consecuencia de estos resultados a partir de 1991 se establecieron regulaciones estrictas para el uso de esta sustancia en muchos países, resultando posteriormente en legislaciones que culminaron con la prohibición de la aplicación de pinturas antifouling basadas en TBT desde el inicio de 2003 y de su fabricación a partir del 2008 (Chambers et al., 2006). En virtud de estas restricciones han sido desarrollados posibles reemplazantes tales como Irgarol 1051®, Sea-Nine 211®, chlorothalonil, dichlofluanid, tolylfluanid y zinc pyrithiona (Voulvoulis et al., 1999; Konstantinou y Albanis, 2004; Bellas, 2005). Sin embargo, estos compuestos han sido encontrados en concentraciones relativamente altas en puertos, marinas y zonas costeras (Martínez et al., 2001; Voulvoulis et al., 2002). En la actualidad, las investigaciones sobre este tema están enfocadas básicamente hacia la búsqueda de compuestos “amigables con el medio ambiente”. Se ha puesto énfasis en la identificación de principios activos existentes en organismos que naturalmente no presentan epibiontes y que han desarrollado mecanismos de inhibición o de repulsión para proteger su superficie corporal o bien en aquéllos que han desarrollado defensas químicas contra predadores, por lo que se asume que los metabolitos secundarios son potenciales agentes antifouling (Pawlik, 1992; Abarzua y Jakubowski, 1995; Clare, 1996; da Gama et al., 2002; Rao et al., 2007; Harder, 2009; Raveendran et al., 2011). Los productos naturales son entidades químicas sintetizadas por células de plantas, animales y microorganismos que no son usados en el metabolismo primario, lo que les ha conferido el nombre de “metabolitos secundarios” (Pawlik, 2011). Las funciones de estos metabolitos no son tan evidentes en la supervivencia de los organismos como lo son los productos del metabolismo primario, sin embargo poseen un rol ecológico fundamental en el desarrollo y supervivencia de las especies que los sintetizan (Harper et al., 2001). El efecto que provocan en los organismos del fouling es variado, algunos compuestos actúan como anestésicos, otros como repelentes de la fijación o inclusive como inhibidores de las propiedades que determinan los mecanismos de la adhesión sin tener efectos biocidas (Omae, 2003). Son numerosos los estudios realizados sobre las propiedades antifouling de distintos extractos y compuestos puros de origen natural. Sin embargo, hasta el presente su incorporación a pinturas no ha sido concretada. En este trabajo se evaluó el comportamiento de pinturas antifouling de matriz soluble a base de extractos de invertebrados marinos del Caribe Colombiano con el objeto de hallar formulaciones amigables con el medio ambiente con potencial aplicación en embarcaciones y otras estructuras sumergidas. Para ello se elaboraron extractos de las esponjas Agelas tubulata, Myrmekioderma gyroderma, Oceanapia peltata, Aplysina lacunosa y Neopetrosia sp. y del pepino de mar Holoturia glaberrima.