Biomarcador

¿QUE ES UN BIOMARCADOR?

El término “biomarcador”, “marcadores biológicos” o “biomarkers” podría asociarse a otro término “fósiles químicos”. Este término enmarca los compuestos orgánicos encontrados en rocas antiguas, que pudieron derivar de material orgánico depositado en sedimentos. Son fósiles, por haberse preservado en estos sedimentos, tal como los fósiles clásicos conocidos. (McCaffrey, 1994).

La introducción del concepto de biomarcador se remonta a los años treinta, cuando el químico alemán Alfred Treibs aisló e identificó una serie de metaloporfirinas, correlacionables con tetrapirroles de clorifilas, en pizarras bituminosas y petróleos. Esta fue la primera evidencia de que el origen del petróleo era, en parte, biológico y de que en su formación no intervinieron necesariamente elevadas temperaturas (Treibs, 1934). Sin embargo, tuvieron que pasar más de treinta años hasta que Eglinton y Calvin, (1967) formularon y desarrollaron el concepto tal como hoy día se conoce.

Los Biomarcadores son compuestos orgánicos presentes en la geoesfera, cuyas estructuras químicas están íntimamente relacionadas con las estructuras de las sustancias precursoras, que a su vez provienen del material fuente del petróleo fósil (McCaffrey, 1994). Los cambios estructurales de estos compuestos son mínimos durante la sedimentación, en las diferentes etapas de los procesos geológicos sedimentarios. Quizá las modificaciones sean típicas de cambios estereoquímicos, en las cuales una sustancia virtualmente no cambia de composición química, pero si la forma espacial de distribuir los átomos en el espacio (Fessenden, 1984)

Para muchos biomarcadores la relación precursor/producto y el mecanismo de reacción de conversión, han sido plenamente establecidos. Es el caso de los Esteroles que se convierten en Esteranos. En otros casos, no resultan claros los procesos de transformación. Muchos trabajos de investigación están orientados a encontrar la relación precursor/producto, y otros a la identificación de los biomarcadores o sustancias químicas actuales (Killops, 1991).

Tres aspectos han contribuido al incremento en las investigaciones sobre biomarcadores: los avances en la capacidad analítica instrumental, comprensión de mecanismos de transformación de precursores y el incremento en el número de grupos interdisciplinarios dedicados a investigarlos.

Cuando en 1930 Treibs aisló porfirina de una muestra de combustible, contribuyó a que los medios científicos aceptaran el origen biogénico del petróleo. Este hecho aceleró el estudio de los biomarcadores en muestras de crudo, shale y carbones.


La comprensión de los mecanismos de transformación de unas sustancias orgánicas en otras, fue otra razón que contribuyó al incremento en el número de biomarcadores identificados. Con esta base mecanicista, se explicaron los precursores de los biomarcadores identificados y con la misma base, se pudieron predecir los productos conociendo precursores de diferente fuente (vegetal, bacterial, etc.).

Muchos biomarcadores son hidrocarburos saturados que provienen de compuestos oxigenados o insaturados, que en los procesos de diagénesis y maduración de los combustibles fósiles, encontraron medios y condiciones favorables de transformación y su presencia se detecta como fósiles químicos.

Dentro de los biomarcadores reportados en la literatura, se encuentran los n-Alcanos, Hidrocarburos ramificados, Isoprenoides, Sesquiterpenos, Diterpenoides, terpanos tricíclicos y tetracíclicos, Esteranos, Hidrocarburos aromáticos y Porfirinas (Demaison, 1991). Todos ellos provenientes de una inmensa variedad de metabolitos primarios y secundarios de origen vegetal, de hongos, algas, líquenes y bacterias, que han sufrido ciclizaciones, fraccionamientos, condensaciones, reducciones, sustituciones químicas, saturaciones y alargamientos estructurales (Nakanishi, 1974).

 

EXTRACCIÓN:
Paralelamente con el avance en la perfección de las técnicas cromatográficas y de espectrometría, se descubrieron nuevos biomarcadores, y se confirmaron las estructuras químicas de los ya analizados por otras técnicas químicas elementales.  En las primeras etapas del desarrollo de la cromatrografía, fue muy útil la cromatrografía de columna (columnas empacadas), seguida de tecnología de alta resolución, baja actividad y que acompañada del incremento en las mejoras de las técnicas de masas, facilitaron la identificación de los biomarcadores e incrementó la posibilidad de identificar más cantidad de biomarcadores posibles en estas mezclas de hidrocarburos.

La extracción de los marcadores biológicos está prácticamente determinada por el tipo de muestra, que hace diferir el esquema de extracción.  Por lo general, consiste en el empleo de solventes orgánicos que arrastran los componentes por una columna cromatográfica, para obtener compuestos puros, los cuales se someten a análisis espectrométrico de masas, Infra-rojo y de resonancia nuclear magnética de Carbono o de Hidrógeno. (Esquemas gráficos).

Origen de Biomarcadores Biológicos
Figura 1: Origen de Biomarcadores Biológicos

 

Figura 2: Método General de Extracción e Identificación de Biomarcadores.

 

Figura 3. Extracción de Biomarcadores en crudo.

 

Figura 4. Extracción de Biomarcadores en Rocas Fuente.

 

 

Indicadores del origen de la materia orgánica

Los biomarcadores identificados en sedimentos pueden ser específicos de un origen biológico único o múltiple, tales como algas (principalmente en sedimentos con gran aporte terrestre) o bacterias (en todo tipo de sedimentos). La mayoría de los marcadores biológicos presentes en los sedimentos pueden adscribirse a uno de estos orígenes. Sin embargo, un determinado biomarcador puede ser específicos de una especie, género o clase de organismo, o bien estar ampliamente distribuido en diferentes familias y tener un origen menos específico.

Indicadores del medio ambiente de deposición.

La diagénesis o evolución de los compuestos bioquímicos presente en la Geosfera depende, en gran parte, del medioambiente deposicional, por lo que una importante aplicación del estudio de biomarcadores es la reconstrucción del paleoambiente sedimentario de una cuenca.

Como hemos visto anteriormente, en muchos casos la presencia de un biomarcador característico puede atribuirse a organismos específicos que crecen o se desarrollan en unas condiciones medioambientales peculiares, por lo que se podría inferir el paleoambiente deposicoinal del sedimento. Así, por ejemplo, la presencia del hidrocarburo isoprenoide Botriococano, característico del alga de agua dulce Botryococcus braunii, sería indicativo de un ambiente de deposicón lacustre.

Igualmente Huang y Meinschein (1979) propusieron diferenciar ambientes de deposición con la ayuda de un diagrama triangular semiempírico de esteroles (o esteranos), en el que se representan en cada vértice las abundancias relativas de los homólogos C27, C28 y C29. Este diagrama permite diferenciar ambientes marinos, de estuario, lacustres y terrestres.

Diagrama Triangular Huang & Meinschein

 

 

Fuente.

Analisis de Biomarcadores y Geopolimeros en diferentes estratos de pizarras bituminosas de la cuenca de puertollano. Joaquín Garcia Mollá. 1994