La descomposició de la major part dels contaminants de l’aigua, principalment de naturalesa orgànica, la pot dur a terme la maquinària enzimàtica oxidativa dels mateixos microorganismes que formen part de l’hàbitat aquàtic. Aquest és el fonament del tractament secundari al qual es sotmeten les aigües residuals a les depuradores. Malauradament, són moltes les substàncies potencialment tòxiques que escapen d’aquests procés de degradació i resten inalterades a l’aigua tractada, amb tota la seva perillositat sanitària i mediambiental. Entre aquests tòxics destaquen els denominats contaminants emergents, tot un conjunt de substàncies químiques derivades de l’activitat industrial humana, entre les qual s’hi compten molts de fàrmacs, additius de plàstics, alquilfenols i composts orgànics halogenats com, entre molts d’altres, els per- i polifluoroalquil derivats, coneguts internacionalment per les sigles PFAS.
PFAS: L’os més difícil de rosegar
Precisament és amb substàncies tan estables químicament com els PFAS (per això reben el nom de contaminants eterns, perquè resten inalterats i es van acumulant sense límit) on la bioremediació, és a dir, la degradació i destrucció de contaminants per mitjans biològics, hi té un dels grans reptes. La naturalesa amfifílica dels PFAS és deguda a la conjunció d’una cadena lipòfila perfluorada i un extrem hidròfil amb un grup carboxílic o sulfònic.
La seva estabilitat i difícil biodegradabilitat rau en els forts enllaços C-F i també en la toxicitat de l’ió fluorur quan aquest s’aconsegueix separar del carboni. L’absència o l’escassetat de sistemes enzimàtics per degradar organofluorats i assimilar el fluorur pot interpretar-se com una conseqüència de la poca presència del fluorur en la constitució bioquímica de la immensa majoria d’organismes vius. Només uns tretze productes naturals contenen fluor (i només un sol àtom de fluor en la molècula) mentre que són milers, principalment en el medi marí, els derivats orgànics clorats, bromats o iodats. Podríem dir que l’allau de PFAS resultant de la creativitat industrial humana ha agafat els sistemes biològics a contrapeu i amb poca capacitat de reacció. No obstant, s’han publicat treballs (Huang and Jaffé, 2019; Yu et al., 2020) que demostren l’existència de bacteris capaços de degradar PFAS. Altres, com el d’E.W. Omagamre i G.F. Custer (2025) assenyalen l’existència d’hàbitats contaminants per PFAS on s’estaria produint una adaptació microbiana per a fer-hi front. Un model d’hàbitat on es produiria aquest procés de selecció evolutiva serien els sediments dels abocadors antics de residus. Allà, segons els autors, un període de només uns 70 anys provoca un enriquiment selectiu en microorganismes capaços de rompre els enllaços C-F i de desfer-se del tòxic fluorur. Les espècies implicades serien variades i, possiblement, la transferència horitzontal dels gens tendria un paper destacat en aquest procés. Que la capacitat de degradar els PFAS resulta d’un efecte col·laboratiu entre espècies ho suggereixen treballs com el de Hamid et al. (2018) que mostren com, en aquests hàbitats contaminats, la separació de grups específics de bacteris com els oxidadors d’amoni o de nitrits disminueix la taxa de biodegradació dels PFAS.
«l’allau de PFAS resultant de la creativitat industrial humana ha agafat els sistemes biològics a contrapeu i amb poca capacitat de reacció»
Les plantes poden dur a terme una acció bioremediadora eficaç – aquí parlaríem de fitoremediació – i, de fet, ja s’estan utilitzant per al tractament d’aigües residuals en les denominades zones humides artificials. Es tracta de zones on s’hi sembren les plantes adequades i per on s’hi filtra i hi circula l’aigua residual. És determinant la capacitat d’absorció de contaminants a través de les arrels però també aquí hi juguen un paper molt important les comunitats microbianes associades a les arrels de les plantes. Enzims produïts per les plantes o per fongs, com lacases o peroxidases, poden fragmentar cadenes alifàtiques perfluorades generant PFAS de cadena més curta i més fàcilment absorbibles per les arrels (Mekureyaw et al., 2025b). L’acumulació de PFAS i d’altres substàncies contaminants per les plantes és certament un recurs de bioremediació però és la constatació de la facilitat que tenen molts de contaminants per entrar i distribuir-se en la cadena tròfica. L’arròs, la soia o el blat de les índies són exemples de vegetals cultivats on s’ha verificat analíticament la presència de PFAS en parts comestibles.
Entre les plantes més emprades com a agents de depuració d’aigües destaquen, òbviament, les plantes aquàtiques o, com a mínim, pròpies de zones humides. En són exemples moltes ciperàcies, (Eriophorum angustifolium, Carex acuta o Scirpus sylvaticus) i gramínies (Phragmites australis, Phalaris arundinacea) entre d’altres. Molts de contaminants orgànics acaben essent metabolitzats per aquestes plantes però, en el cas dels químicament recalcitrants PFAS, la metabolització només és parcial en el millor dels casos i deixa pendent l’eliminació definitiva d’aquests contaminants que, finalment, requereix la incineració de les plantes.
Micro/macroorganismes i biotecnologia
Sol situar-se l’inici històric de la bioremediació en el sistema de depuració d’aigües residuals implantat a Anglaterra l’any 1893 tot i no existir una idea molt clara del paper que hi jugaven els microorganismes el aquell procés. L’any 1923 H. Bach, a Alemanya, va emprar microorganismes concretament per a l’eliminació d’àcid sulfhídric d’aigües residuals i l’any 1955, a Califòrnia, es va construir el que es considera el primer biofiltre format per un llit de terra i còdols a través del que es feia passar l’aigua residual amb la finalitat principal d’eliminar males olors. Aquest sistema es va patentar per Richard Pomeroy l’any 1957. A partir d’aquests començaments l’aplicació de biofiltres s’ha generalitzat i ha estat i és objecte d’una considerable dedicació investigadora.
Són moltíssimes les espècies de bacteris que, ja sigui per processos aeròbics o anaeròbics, poden contribuir a la degradació i eliminació de molts de contaminants orgànics de les aigües, fins i tot, dels més inalterables com els PFAS. Com hem comentat més amunt, també altres éssers vius com els fongs o les plantes poden ser d’utilitat, sense descartar molts altres metazous com, per exemple els cucs de terra. Sempre, un biofiltre consta d’una fase que podríem denominar biològica estacionària, on s’hi desenvolupen els organismes vius, siguin quins siguin, i una estructura de suport sobre la qual s’hi troba lligada la fase biològica. L’aigua contaminada, que passa a través dels materials recoberts per la fase biològica, podríem considerar-la, seguin aquesta terminologia, la fase mòbil. Tot i ser aquesta descripció la que respon a l’esquema més general d’un biofiltre, també són possibles dissenys on els organismes vius estan en suspensió, adherits o no a un suport. Si els agents depuradors són macroorganismes com les plantes, és la pròpia estructura vegetal en contacte amb l’aigua, principalment les arrels, que pot considerar-se a la vegada fase biològica estacionària i estructura de suport. No oblidem que, en aquests casos, no només són les cèl·lules vegetals que absorbeixen i metabolitzen contaminants sinó que també formen part de la fase biològica transformadora tots els microorganismes (fongs, bacteris, protozous, virus) que creixen i viuen associats als teixits vegetals.
L’adsorció dels contaminants sobre la fase biològica és la primera etapa del procés de biofiltració. Quan existeix un biofilm la capacitat d’adsorció sol estar afavorida i, en la formació d’aquesta capa adsorbent, hi tenen un paper destacat certs ramnolípids sintetitzats per diversos microorganismes entre els quals destaca Pseudomonas aeruginosa. Entre els vegetals que mostren un gran potencial com a integrants de biofiltres s’hi troben els briòfits, precisament per la seva gran superfície específica i la seva gran capacitat d’adsorció de contaminants, tant orgànics com inorgànics.
Els fongs degradadors de lignina, especialment els denominats fongs de la podridura blanca, són un altre grup d’organismes vius que posseeixen una capacitat oxidativa aplicable a la degradació de molts dels contaminants emergents com són, per exemple, molts dels fàrmacs que, a través de les aigües residuals es van escampant pel medi ambient. Aquests grup de fongs basidiomicets, dels quals s’han estudiat sobretot les espècies Trametes versicolor, Trametes hirsuta, Ganoderma lucidum, Phanerochaete chrysosporium o Pleurotus spp han demostrat poder eliminar amb una gran eficiència del medi aquàtic fàrmacs com l’acetaminofè (o paracetamol) o l’ibuprofè entre d’altres. Enzim ligninolítics com lacases i peroxidases, que els fongs sintetitzen i alliberen al seu entorn, són els responsables d’aquesta capacitat biodegradativa.
«Purificar i aplicar catalitzadors biològics al marge dels organismes vius que els sintetitzen és una de les estratègies biotecnològiques amb les quals s’està avançant.»
Purificar i aplicar catalitzadors biològics al marge dels organismes vius que els sintetitzen és una de les estratègies biotecnològiques amb les quals s’està avançant. Altres vies que s’exploren i s’estudien actualment són diverses classes de membranes sintètiques constituïdes per estructures biològiques que aporten propietats especialment interessants. Unes d’aquestes membranes són les que es preparen incorporant aquaporines (canals proteics de les membranes cel·lulars per on circula l’aigua) a estructures sintètiques. Amb aquestes membranes, per a alguns contaminants, s’aconsegueixen eficiències de filtració superiors a les aconseguides amb simples membranes convencionals. Una altra creació biotecnològica que permet l’eliminació de metalls tòxics de l’aigua amb un elevadíssim rendiment són les membranes de fibres proteiques amiloides, molt concretament les derivades de β-lactoglobulina. Els enllaços que s’estableixen entre molts de metalls, fins i tot formes oxidades d’arsènic (arsenits i arsenats), amb aquestes fibres són la raó de la seva elevada capacitat de retenció.
Amb tot allò que engloba el concepte de bioremediació, la vida, aquest experiment insòlit en la història de l’univers, ens ofereix als humans recursos per corregir les conseqüències adverses de la nostra pròpia activitat. A través de la consciència i el coneixement humà la vida pot posar remei als greus problemes de contaminació que provocam. Malauradament, si de les criatures humanes depèn, també pot generar-ne més i accelerar la pròpia autodestrucció.
Bibliografia
- Rekha Pachaiappan, Lorena Cornejo-Ponce, Rathika Rajendran, Kovendhan Manavalan, Vincent Femilaa Rajan, and Fathi Awad. A review on biofiltration techniques: recent advancements in the removal of volatile organic compounds and heavy metals in the treatment of polluted water. BIOENGINEERED 2022, VOL. 13, NO. 4, 8432–8477
- M. A. Flórez-Restrepo, Xiomara López-Legarda, Freimar Segura-Sànchez. Bioremediation of emerging pharmaceutical pollutants acetaminophen and ipuprofen by white-rot fungi – A review. Science of the Total Environment 977 (2025) 179379
- Amitrano C, Arena C, De Pascale S, Pugliese M, Barozzi F, Fanizzi FP, De Micco V and di SansebastianoGP(2025)Aquatic bryophytes asbiofilters andresource regenerators inBioregenerativeLifeSupport Systems: themossonMarsproject. Front. PlantSci. 16:1667463.
- E.W. Omagamre and G.F. Custer. Digging deep: microbial PFAS-degradation in landfill sediments. Trends in Microbiology, July 2025, Vol. 33, No. 7
- Muhammad Fawad, Tong Wu, Xinyi Xu, Jian Wang, Xian Zhou, Vishnu D. Rajput, Chao Qin, Wanting Ling. Review. Mechanisms of PFAS uptake and bioaccumulation in plants. EcotoxicologyandEnvironmentalSafety311(2026)119888
