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La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación (FAO) en 2002 define a un plaguicida como cualquier sustancia o mezcla de sustancias destinadas a prevenir, destruir o controlar cualquier plaga, incluyendo los vectores de enfermedades humanas o de los animales.

El incremento en la producción de alimentos ha sido gracias al uso de plaguicidas que al mismo tiempo, ha originado a una preocupación creciente de su efecto sobre los ecosistemas terrestres y acuáticos.

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Degradación de plaguicidas y biorremediación de suelos contaminados 

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Degradación de plaguicidas y biorremediación de suelos contaminados 

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Los principios de la biodegradación de plaguicidas se basan en la capacidad de los microorganismos para transformar contaminantes orgánicos en compuestos más sencillos e inocuos al ambiente. El metabolismo de los plaguicidas incluye tres fases:

1. Fase I: El compuesto original es transformado a través de reacciones de oxidación, reducción o hidrólisis, generación de un producto soluble y menos tóxico

2. Fase II:  Incluye la conjugación del plaguicida o de sus metabolitos a azúcares y aminoácidos, lo cual también resulta en una mayor solubilidad en agua y una menor toxicidad.

3. Fase III: Incluye la conversión de los metabolitos de la fase II en conjugados secundarios, que son menos tóxicos.

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-Bioaumentación: adición de microorganismos nativos al sitio contaminado.

-Bioestimulación: adición de nutrimentos para estimular la actividad microbiana.

-Bioventeo (ventilación forzada): introducción de aire por medio del suelo para estimular el crecimiento de microorganismos aerobios.

- Compostaje (biopilas): formación de pilas con el material contaminado, aplicando aire.

-Biocultivo: tratamiento en fase sólida en sitios confinados para retener los lixiviados que se forman.

-Biosorción: empleo de microorganismos con la finalidad de absorber metales.

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Factores influyentes en la biodegradación del Plaguicida en el suelo

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Factores influyentes en la biodegradación del Plaguicida en el suelo

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Cualquier factor que altere las reacciones metabólicas de los microorganismos y su crecimiento, también afectará a la biodegradación. Por lo tanto, las condiciones ambientales tales como temperatura, pH, humedad, oxígeno y disponibilidad de sustrato, tendrá influencia sobre la eficiencia de degradación de los plaguicidas

Procesos que influyen en el comportamiento de los plaguicidas en el suelo:
-Lixiviación
-Volatilidad
-Persistencia
-Solubilidad en agua
-Humedad
-pH
-Toxicidad

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Biosurfactantes, agentes para mejorar la biodisponibilidad de los plaguicidas

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Biosurfactantes, agentes para mejorar la biodisponibilidad de los plaguicidas

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Los biosurfactantes son moléculas anfipáticas y con alta especificidad. Poseen la capacidad de formar agregados moleculares en solución acuosa.
Ventajas:
- Biodegradabilidad
- Baja Toxicidad
- Disponibilidad de residuos orgánicos para su producción
-Muchos BS no se ven afectados por Factores Ambientales(pH o salinidad)
Actividad superficie e interface: Pueden bajar la tensión superficial del agua y la tensión interfacial agua/ hexadecano (Mulligan, 2005)

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Hasta ahora se conocen tres clases de reacciones de deshalogenación en compuestos aromáticos: las oxidativas, en donde el halógeno se separa del anillo durante la oxigenación; las hidrolíticas, que provoca que el halógeno sea reemplazado por un grupo hidroxilo (puede ocurrir en condiciones aerobias) y la reductora, con lo que el halógeno es reemplazado por el hidrógeno (ocurre solo en condiciones sulfato-reductoras y metanogénicas)

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Parámetros que determinan la efectividad de un BS

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Parámetros que determinan la efectividad de un BS

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(CMC): Se producen cuando la parte hidrofóbica del surfactante, no forma puentes de Hidrógeno con el agua aumenta la energía libre ello aumenta la concentracion del surfuctante encima del CMC inhibiendo. A menos CMC es más alta la eficiencia del surfuctante.

(TI): Entre dos líquidos depende de la fuerza de adhesión, Los BS actúan mejorando e incrementando la transferencia de masa de compuestos hidrofóbicos desde la fase sólida o líquida no acuosa hacia la fase acuosa reduciendo la tensión interfacial y por consiguiente acumulando compuestos hidrofóbicos dentro de las micelas.

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Contribuyen a la solubilización de compuestos hidrofóbicos.

i) Transporte de la micela solubilizada con el sustrato

ii) Intercambio de las moléculas del BS con la célula (proceso de degradación)

iii) Transferencia del sustrato a la célula bacteriana

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* Glicolípidos
* Ácidos grasos, fosfolípidos, lípidos neutros
* Lipopeptidos
* Poliméricos

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Existen 2 tipos de BS:

i) Los de bajo peso: glicolípidos o lipopéptidos → eficientes en disminución de la tensión superficial e interfacial.

ii) Los de alto peso: anfipáticos, lipoproteínas o mezclas → “bioemisulficadores” → estabilizadores de emulsiones hidrocarburo-agua

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Interacciones que condicionan el mecanismo

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Interacciones que condicionan el mecanismo

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I, adsorción del plaguicida en el suelo
II, adsorción de la molécula de surfactante en el suelo; III, solubilización del plaguicida
IV, plaguicida en fase acuosa y disponible para los microorganismos
V, partición del plaguicida entre la fase acuosa y la micela
VI, sorción de la micela al microorganismo
VII, plaguicida en fase sólida interactuando con el microorganismo
VIII, sorción del microorganismo al suelo

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Los BS en la biorremediación de suelos contaminados

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Los BS en la biorremediación de suelos contaminados

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Características de los plaguicidas:

-  distribución ubicua
- baja biodisponibilidad
- alta persistencia
- efecto dañino en la salud
- alta adherencia a las partículas del suelo
- baja solubilidad en agua
- potencialmente disponibles para degradación microbiana
* Su biodisponibilidad depende de su tasa de degradación.

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El estudio realizado por Zhang et al. (2011) se demostró que la cepa de Pseudomonas Aeruginosa CH7 aislada de lodos activados fue capaz no solo de degradar ß- cipermetrina sino también de utilizar este plaguicida como única fuente de carbono y energía para la producción de un BS, el cual fue identificado como un ramnolípido.