Es una casa poco probable y realmente no tiene las comodidades para recomendarla. Pero la investigadora de la Universidad de Delaware, Julie Mariska, y los estudiantes de su laboratorio estudian el concreto y la vida que persiste obstinadamente en el interior.

Sí, la vida ocurre en el hormigón, a pesar de su ambiente duro, seco y salado y a pesar de su pH típico de alrededor de 12,5, lo que lo hace tan atractivo como pasar a una botella de lejía o limpiador de hornos.

algo de hardcore bacterias—Por ejemplo, Psychrobacter, que se encuentra en el hielo de la Antártida, entre otros lugares complicados, no aceptará un “no” como respuesta.

Debido a que el concreto es omnipresente, el material de construcción más común del mundo, cualquier persona preocupada por la salud de edificios, carreteras, puentes y otras estructuras de concreto debe tener cuidado con estas masas microbianas.

En un nuevo estudio publicado por la Sociedad Estadounidense de Microbiología, Mariska, profesora asociada de ingeniería civil y ambiental, y sus estudiantes demuestran que incluso en los duros hábitats de hormigón, las comunidades bacterianas pueden sobrevivir, prosperar y hacer lo que hacen todos los seres vivos: cambiar. Tal cambio puede tener implicaciones importantes para el deterioro y la posible reparación de estructuras de hormigón.

Los investigadores saben desde hace mucho tiempo que los microbios y el hormigón tienen una relación de amor y odio. Pero su estudio se centró principalmente en las bacterias de la superficie, del tipo que se introduce en el hormigón después de verterlo.

Los estudios de Mariska han ido más allá de la superficie para estudiar las bacterias en el interior, microbios que se alojaron en la grava y arena contenida en la mezcla de hormigón o se filtraron a través de las grietas. Su investigación de laboratorio anterior había demostrado que se podía extraer un pequeño número de bacterias y su ADN.

Ahora, ella y sus alumnos han demostrado cómo el tiempo y el clima afectan a las comunidades bacterianas que viven en el hormigón.

Entre los resultados del equipo:

• La diversidad de bacterias disminuyó con el tiempo, pero algunas tuvieron una reversión estacional.
• Las comunidades bacterianas dentro del hormigón pueden proporcionar una alerta temprana de reacciones alcalinas y de sílice que degradan el hormigón pero que son difíciles de detectar. Por lo general, estas reacciones solo se reconocen cuando se forman grietas en el hormigón.
• Las bacterias tienen el potencial de proporcionar una “reparación biológica” al hormigón, pero ¿cuáles están a la altura? Algunos producen carbonato de calcio, una sustancia que puede rellenar grietas y poros en el hormigón. Investigaciones anteriores sobre este proceso muestran que muchas bacterias capaces de reparación biológica solo pueden sobrevivir en el hormigón durante uno o dos meses.

“No hay mucha vida en el concreto”, dijo Marisca. “Tiene una biomasa muy baja”.

Pero, ¿qué pasaría si supiéramos qué tipo de bacteria vive y prospera allí y qué tipo podría reclutarse en un esfuerzo por mejorar la infraestructura del mundo?

Es evidente la necesidad de nuevos enfoques para el mantenimiento y la reparación del hormigón.

En su informe de 2020, la Administración Federal de Carreteras enumeró la condición de más de 45.000 de los 618.456 puentes del país como “deficientes”. Estos puentes son estructuralmente defectuosos, lo que se define como “que necesitan una atención significativa para su mantenimiento, rehabilitación o reemplazo”.

caso del otro estructuras de hormigón También ha sido una gran preocupación, especialmente desde el devastador colapso parcial de un complejo de apartamentos frente a la playa cerca de Miami, Florida, el 24 de junio, un desastre que mató a 98 personas. Aunque la causa aún no se ha determinado, los inspectores hace tres años identificaron el concreto dañado como un problema estructural importante que requería atención.

Nadie dice (todavía) que las bacterias ayudarán a tratar estos problemas. Podrían, algún día, pero se necesita más investigación.

Para estudiar estas comunidades bacterianas basadas en el concreto, los estudiantes de Maresca vertieron muestras de concreto en 40 cilindros, cada uno con un tamaño de botella de un litro. Se utilizaron dos tipos de mezclas. Algunos de los cilindros incluían solo mezclas de concreto estándar, que están sujetas a descomposición por las reacciones de álcali y sílice. Algunos usan una mezcla con cenizas volantes para reducir tales reacciones. Las muestras de control se hicieron utilizando perlas de vidrio estériles, lo que permitió a los investigadores ver cuánta contaminación se había introducido el ADN en el laboratorio.

Los cilindros se colocaron en el techo del Laboratorio Spencer de la UD. Se recolectaron muestras de ADN aproximadamente cada seis semanas durante un período de dos años. Luego, se secuenció y analizó el ADN.

Mariska, una microbióloga que estudia bacterias en entornos naturales y diseñados, no tenía un concreto en su lista de posibles entornos naturales para estudiar cuando se unió a la facultad de la UD en 2011.

Pero tan pronto como llegó, apareció otro nuevo miembro de la facultad: Thomas Schumacher A Ingeniero civil Ahora en Portland, apareció en su oficina. Estudió puentes y estaba familiarizado con los experimentos de biorepair con bacterias. Le dijo que deberían cooperar.

Envió algunos artículos y me pregunté, cuál es la parte de la investigación que comenzó.

“No se sabía absolutamente nada sobre los microbios en el hormigón”, dijo. “Es el material de construcción más común en el mundo, pero no sabemos nada sobre lo que vive allí. Está en ambientes húmedos, sistemas de alcantarillado, armaduras de puentes, y sabemos que los microbios en las superficies pueden descomponerlo. Pero lo que hay allí y ¿Hace algo? ¿Nos lo estás diciendo? ¿Con algo? “

porque?, si. Tal vez.

Para obtener información útil, los investigadores deben examinar datos extraños de contaminantes y asegurarse de que las bacterias analizadas estén unidas al hormigón. Esto incluyó la detección y exclusión de contaminantes.

“El ADN puede provenir de muchos lugares diferentes”, dijo Anders Kiledal, estudiante de doctorado en el laboratorio de Maresca y primer autor del artículo. “Los animales, las personas y el medio ambiente pueden introducir ciertos tipos de contaminantes, pero también existe la contaminación de los reactivos reales que utiliza. Intentamos obtener muestras lo más puras posible”.

Nadie esteriliza las materias primas para el hormigón, por supuesto, ni la arena, la grava ni el agua de los arroyos por los que haya pasado.

“Cada uno tiene su propio microbioma”, dijo Marisca. “La mayoría de las bacterias en el concreto vienen con agregados grandes y polvo de cemento”.

Cómo sobreviven las bacterias en áreas tan inhóspitas es un tema de gran interés.

“¿que comen?” Dijo Mariska. “Probablemente se comen los cadáveres de otros microbios. Si no hay nada para comer, algunos de ellos pueden formar esporas o formar una especie de célula inactiva y no hacer nada hasta que llueve, luego comen todo lo que pueden y se vuelven a dormir”.

estudiando estos comunidades bacterianas Sus métodos de supervivencia pueden brindar a los ingenieros civiles y otras personas información importante sobre el estado de muchas estructuras. El objetivo es identificar bacterias que indiquen un ambiente de concreto normal y que muestren que el concreto está dañado de alguna manera, dijo Marisca.

Con este tipo de sistema de alerta temprana, los funcionarios de transporte pueden priorizar las reparaciones y reemplazos y dar forma a sus presupuestos en consecuencia.

“Cuanto antes pueda detectar un problema, más tiempo tendrá que resolverlo antes de que se convierta en un problema real”, dijo. “Y dado que todos estos caminos y puentes están en riesgo, necesitamos una manera de priorizarlos. ¿Cuáles son más necesarios y cuáles no?”

Antes de que se puedan hacer los diagnósticos, se necesita más trabajo para determinar la asociación entre ciertos tipos de bacterias y el daño del concreto, no porque las bacterias estén causando el daño, sino porque su presencia indica que se ha producido un daño.

“Hasta donde sabemos, los microbios no dañan el hormigón”, dijo Marisca. “Los microbios no se comen las bases. Esperamos usarlos como información y posiblemente para ayudar con la reparación”.

Kiledal trabajó con el Departamento de Transporte de Delaware (DelDOT) y el Departamento de Transporte de Nueva Jersey (NJDOT) para recolectar muestras de campo. En la siguiente fase del estudio, Kiledal y Maresca están analizando el ADN extraído de puentes, carreteras y cimientos en Delaware y Nueva Jersey.

“Nuestra información ahora es más completa”, dijo Mariska. “Tenemos muestras de campo de carreteras y puentes y secuenciamos todo el ADN. ¿Estos microbios viven en ambientes salados? ¿Ambientes secos? ¿Qué tipo de carbono usan?”

El trabajo fue apoyado por fondos del Departamento de Transporte de Delaware y el Instituto Ambiental de Delaware.

Hay muchas otras fronteras potenciales para estudios similares: monumentos de piedra, suelos desérticos e incluso rocas rojas en Marte.