Carlos Jerez (55), bioquímico de la U. de Chile, doctorado en la Universidad de Iowa casado con la poeta nacional Carmen Berenguer, intenta distribuir su tiempo ( no siempre con mucho éxito) entre el trabajo científico y su afición por el arte, la pintura y los tambores de su batería. La gran competitividad que ha alcanzado su tema de investigación (la biolixiviación bacteriana de metales) lo ha obligado a postergar estas incursiones artísticas por algún tiempo. CRECES conversó con él en su laboratorio de la Facultad de Medicina de la U. de Chile.

Desde el punto de vista del proceso, ¿Cuán nuevo es este procedimiento de solubilización bacteriana de minerales?

En realidad es muy antiguo. Hace cientos de años que diversos pueblos utilizaban este tipo de solubilización para la obtención de metales, pero sin saber que el proceso era mediado en parte por bacterias. Un fenómeno de este tipo era el que ocurría en el río Tinto de España. Sin embargo, no fue sino hasta la década de los cuarenta cuando, precisamente en este río, se aísla por primera vez una de las bacterias responsables de la oxidación de minerales. El color oscuro del río - característica a la que debe su nombre- se debía precisamente a la oxidación del hierro por el ThiobaciIlus ferrooxidans y otros micro organismos.

¿Y desde cuándo se comienza a pensar en Chile en la aplicación de este método?

Sólo en los últimos años a una escala significativa, y eso porque en la actualidad la situación ha cambiado. En la minería tradicional, en la medida en que se extraen los metales del mineral van aumentando los residuos que no son utilizables. Si la ley de cobre de un mineral es de un dos por ciento, significa que hay un 98 por ciento de material que no sirve, y esa arena que va en el agua de los relaves se acumula en verdaderos lagos en donde hay todavía una cantidad no despreciable de cobre, la que es susceptible de ser extraído por lixiviación bacteriana. De manera que aquí estamos hablando de utilizar millones de toneladas de un material que no podría aprovecharse de otra manera.

"Además, los métodos tradicionales de extracción provocan graves problemas de contaminación ambiental, los que en la lixiviación bacteriana disminuyen significativamente . Recuerdo que no hace mucho, cuando en algunas empresas mineras se utilizaba la lixiviación bacteriana, se hacía casi como una curiosidad y a menor escala. Si funcionaba, era una forma de obtener algo de cobre adicional. Si no funcionaba, tenían asegurada la producción del metal por los métodos tradicionales. Pero cuando tienes estos otros problemas: baja ley del mineral y aumento en los costos de producción, ya comienza a ser importante obtener cobre en cantidades y a un precio mucho más bajo."


"Hace cientos de años que diversos pueblos utilizaban este tipo de solubilización para la obtención de metales pero sin saber que el proceso era mediado en parte por bacterias"

Pero en la actualidad, ¿Hay empresas mineras que utilicen intensamente el método bacteriano?

Por supuesto. Hay varias faenas mineras que tienen como único procedimiento de extracción la solubilización bacteriana. Un ejemplo de esto es la Sociedad Minera Pudahuel (SMP), que agotó el mineral que podía extraer por métodos químicos, y se les acumuló una enorme cantidad de material residual desde donde empezaron a extraer cobre por el procedimiento bacteriano. La inversión mayor ya estaba hecha, es decir, el mineral estaba molido y por lo tanto, bastaba acumularlo con palas mecánicas para formar grandes pilas. Para que las bacterias hagan su trabajo basta con regar con ácido diluido estas verdaderas montañas de residuos. Ahora bien, en esta Sociedad Minera existe un departamento de desarrollo que, con unos pocos científicos de primer nivel, ha desarrollado un proceso que les permitió no sólo resolver estos problemas sino, además, producir 15000 toneladas por año de cobre catódico de alta calidad por lixiviación bacteriana. Este metal ya no sólo se obtiene desde material residual, sino también desde mineral de alta ley (con 1,8 por ciento de cobre total y 0,6 por ciento de cobre soluble). Se ha desarrollado una tecnología diseñada por científicos nacionales patentada por la SMP y cuyo know how está a disposición del mercado nacional e internacional.

Pero ésa no es una mina muy grande. Si trasladamos el problema a la gran minería! ¿Cómo se ve el panorama?

Si bien es cierto que el proceso de la mina Lo Aguirre que citábamos en la pregunta anterior, no es de gran envergadura, la SMP también es propietaria de las minas de Quebrada Blanca y Cerro Colorado. Ambas poseen una reserva que permitirá producir mediante lixiviación bacteriana 120.000 toneladas de cobre por año. Por su parte, Codelco está muy interesada en implementar la lixiviación bacteriana en todos sus procesos; y están dispuestos, a partir de ahora, a invertir fuerte en investigación y desarrollo. En este momento, en el mineral de El Teniente, en lo que ellos llaman el cráter de la mina, se está extrayendo cobre por lixiviación bacteriana en cantidades que suman aproximadamente 10.000 toneladas, y se espera que en un futuro cercano se produzcan 30.000. En Chuquicamata este proceso se está recién iniciando a un nivel importante para aprovechar las grandes cantidades de arena de relaves que ellos producen y que aún contienen un 0,3 por ciento de metal.

En cifras globales, podemos afirmar que en nuestro país, en los próximos tres a cuatro años, tendremos faenas de lixiviación bacteriana que producirán alrededor de 250 000 toneladas de cobre, lo que representaría alrededor de un veinte por ciento de la producción total de cobre del país.

Trasladándonos al ámbito de la investigación y desarrollo en el área, ¿Cuándo comienzan estos estudios?

A pesar de que parece que éste fuera un campo de muy reciente investigación, no es así. En Chile esta línea de investigación la iniciaron hace muchos años Romilio Espejo y Claudio González. Ellos fueron los pioneros, los que hace más de veinte años iniciaron esta investigación en un ambiente bastante menos propicio que el actual.

Pero hubo una « segunda ola» que se produjo hace algunos años, en la que se suponía que, utilizando las técnicas de la ingeniería genética, se podrían incorporar genes foráneos a la bacteria y así mejorar su eficiencia en el proceso solubilizador; ¿Cómo ha funcionado eso?

A pesar de los grandes esfuerzos realizados por nuestros investigadores en diversas universidades e institutos, eso, hasta la fecha, no ha funcionado. El Thiobacillus ferrooxidans es una bacteria muy poco usual. Crece a un pH 1,5 o sea, extremadamente ácido, y en presencia de altas concentraciones de iones metálicos tóxicos. Esto ha dificultado enormemente el trabajo para obtener un sistema genético en este microrganismo. Así, todos los métodos que se han utilizado para intentar introducir material genético en esta bacteria habían fracasado hasta ahora, tanto en Chile como en los principales laboratorios a nivel mundial.

En un congreso internacional de Biohidrometalurgia donde expuse nuestros trabajos más recientes con el T ferooxidans, un investigador japonés dio a conocer la transformación (introducción de material genético foráneo) del mismo bacterio. El sistema es aún de baja eficiencia, pero abre nuevas perspectivas en esta línea y se espera su optimización en los próximos años. De cualquier modo, con sólo introducir genes aún no resolvemos todos los problemas, Queda todavía un largo camino por recorrer."

¿Cómo así...?

Te explico. Esta es una bacteria muy poco estudiada, por las dificultades de manejo que mencioné. Si nos interesa aumentar la capacidad de la bacteria de solubilizar metales a través de aumentar su capacidad para oxidar, podríamos introducir los genes que codifiquen para las proteínas que participan en las reacciones de oxidación. También podríamos introducir genes que le confirieran a la bacteria propiedades de resistencia a metales. De hecho, las bacterias viven en un entorno fuertemente metálico, pero hay algunos de ellos que son más tóxicos para ellas, como el arsénico o la plata. Si fuéramos capaces de introducir estos genes las bacterias resistirían mejor el entorno tóxico, y la producción mejoraría. Pero yo creo que esto es sólo una parte del problema. La ingeniería genética sólo puede dar cuenta en forma parcial del problema de aumentar la eficiencia de solubilización de los metales, y aún estamos a algunos años de que ello ocurra. Si mañana tuviéramos una super bacteria obtenida por transformación en el laboratorio, aún queda por ver cómo proveerle las condiciones adecuadas a la faena minera (temperatura, tensión de oxígeno, etc.)

Da la impresión de que el proceso que ustedes estudian se realiza de un modo bastante rústico - por llamarlo de algún modo- ¿Qué se sabe de los mecanismos que regulan el crecimiento de la bacteria?

- A nivel molecular, no mucho, y eso constituye parte de nuestro esfuerzo de investigación hoy día. Hay una verdadera - -caja negra- en aspectos tan significativos como, por ejemplo, la interacción de la bacteria con su medio. Como tú dices, lo que se hace hoy es muy intuitivo, se riegan estas montañas de material con ácido sulfúrico diluido y luego de un tiempo (algunos meses) se recoge sulfato de cobre en los efluentes. Algo absolutamente empírico. Nadie sabe muy bien qué está sucediendo ni, mucho menos, como controlar el proceso. Se supone que la producción de cobre está directamente relacionada con la actividad bacteriana pero esto es necesario demostrarlo directamente. No tenemos respuestas para preguntas tan fundamentales como. ¿Qué pasa cuando el proceso se detiene?, ¿Se acabó el material a oxidar, o las bacterias dejaron de trabajar porque les falta algún nutriente esencial (CO₂, exigeno, etc.) para su metabolismo?. Diversos investigadores estudian actualmente algunos genes sensibles a la falta de nutrientes, como por ejemplo los involucrados en reacciones de oxidación y captación de CO₂. Otros estudian estructuras de la superficie del microorganismo que juegan un papel importante en su adherencia al mineral. Nosotros hemos estudiado el fosfato, que es uno de los nutrientes que las bacterias - y todos los seres vivos- necesitan en forma esencial. Hemos visto que, al cultivar las bacterias en ausencia de fosfato, éstas no sólo crecen muy lentamente sino además se activa la producción específica de algunas proteínas que los microorganismos no sintetizan cuando están creciendo en presencia de fosfato. Estamos identificando estas proteínas, para producir anticuerpos contra ellas. De este modo, podremos preparar una especie de kits de diagnóstico con el cual iremos al proceso mismo y analizaremos las bacterias. Si en las bacterias están inducidas estas proteínas, el anticuerpo las reconocerá, indicando que los microorganismos carecen de fosfato para su crecimiento. Corresponderá a los encargados de la faena evaluar la conveniencia de adicionar un determinado nutriente al sistema para mejorar su eficiencia. Lo mismo se podría hacer para controlar in situ otras variables que afecten la actividad bacteriana, y por lo tanto la eficiencia del proceso.

Hemos desarrollado también métodos inmunológicos rápidos y específicos en forma de kits para el monitoreo de los diversos microorganismos en el entorno minero. Sólo el conocimiento de la bioquímica y la fisiología de las bacterias ha permitido abordar con rigor estos problemas. Además existe un gran interés por conocer los mecanismos básicos de adaptación y resistencia de bacterias que crecen en condiciones extremas, como las que existen en los proceses mineros."

De lo que usted explica se deduce que - aunque no se haya logrado introducir genes foráneos a la bacteria- los estudios que se realizan desde el punto de vista de la investigación básica están contestando preguntas sobre la bacteria que pueden tener gran impacto productivo.

Por cierto. Una manera convencional de aumentar la velocidad de las reacciones químicas es el incremento de la temperatura. Aunque este fenómeno podría afectar el crecimiento bacteriano, existen microrganismos termofílicos que crecen a temperaturas de 80 ó más grados centígrados y al pH ácido del entorno minero. Actualmente se aprecia un gran interés por el estudio y aplicación de estas bacterias, las que harían que el proceso alcanzara un mayor rendimiento.

"Además hay todo un componente de ingeniería, que yo no manejo, y que hace un aporte muy fundamental. Cuando yo como microbiólogo, visité por primera vez una faena minera me dí cuenta de que había una gran distancia entre los estudios de laboratorio -a pequeña escala- y la aplicación concreta en el terreno en donde los matraces son reemplazados por palas mecánicas.

Un ejemplo de lo que los ingenieros hacen, lo ilustra el siguiente caso .AI regar con ácido sulfúrico estas enormes pilas de mineral el material se va compactando y con el tiempo la concentración de oxigeno que las bacterias tienen en la parte baja de la pila es mucho menor que la disponible en la superficie. En el sector bajo, por lo tanto, el trabajo de las bacterias se ve limitado. Los ingenieros han desarrollado un sistema de aglomeración de partículas de mineral de distinto tamaño, que permite que entre éstas siempre quede espacio para la aireación, lo que impide que el proceso se detenga por falta de oxígeno. Eso es un ejemplo de cómo una operación claramente de ingeniería puede resolver un problema que afecta el funcionamiento de la bacteria, y que permite obtener promedios de extracción superiores al 80 por ciento por lixiviación bacteriana.


`Gracias a esfuerzos multidisciplinarios, Chile tiene hoy una masa de investigadores en temas de punta de la producción de cobre y otros metales`

¿A seis o siete años de trabajo en lixiviación bacteriana, ¿Ha sido ésta una iniciativa exitosa?

No me cabe duda. Claro que todo depende de cómo se mida el éxito. Quizás lo más importante de este proyecto haya sido que, por primera vez, en forma planificada y con apoyo del Estado, se pusieron en contacto investigadores básicos con ingenieros y empresarios. No siempre nos entendimos, pero en retrospectiva pienso que el resultado ha sido muy positivo. En Chile, a propósito de este proyecto, se creó una masa de investigadores en el área que es muy respetada internacionalmente. En un momento llegamos a ser más de cincuenta investigadores, ingenieros y científicos básicos, trabajando en el tema. Y, a diferencia de lo que ocurría en otros países, nuestro grupo era un grupo retroalimentado por su carácter multidisciplinario, lo que lo hacia más eficiente.

A propósito, este proyecto fue financiado por..

El PNUD. y el Estado de Chile, que actuó como contraparte. Una parte importante del aporte nacional la hizo Codelco, otra las Universidades de Chile, Católica (de Santiago y Valparaíso) e INTEC, entre otros.

¿Y qué evaluación hizo Codelco del proyecto?

Bueno, eso habría que preguntárselo a Codelco. Yo puedo decirte tan sólo que el proyecto era periódicamente evaluado por comisiones internacionales y siempre obtuvo las mejores calificaciones desde el punto de vista científico, aunque por ahí a veces aparecía la sugerencia de aplicar más los conocimientos generados en el laboratorio al proceso productivo, cosa que en este momento se ha implementado mucho mejor que entonces, porque las condiciones del entorno de que hablábamos al principio han mejorado mucho esa posibilidad, y porque, objetivamente, ahora sabemos mucho más de la aplicación de esta técnica que antes.

"Yo creo que el desafío que nos planteamos al inicio fue muy grande. Se esperaba tal vez mejorar la producción de cobre de una empresa que andaba bien y que, además, generaba un alto porcentaje de los ingresos de divisas del país. Ha sido un proceso lento, pero yo creo que hoy estamos en una situación muchísimo mejor que antes desde el punto de vista del conocimiento de estas materias. Podemos responder a los requerimientos de un sector productivo tan importante como el del cobre, con conocimientos generados en Chile en un esfuerzo plural en el que se comprometió gente de muy diversa formación. Eso creo yo que ha sido lo más novedoso y significativo. Chile, uno de los principales productores de cobre del mundo, tiene hoy una masa de investigadores en temas de punta de la producción de cobre - y otros metales como el oro- que le permite mirar el futuro con optimismo."



Entrevista al Dr. Carlos Jerez,

Microbiólogo molecular.