Biorremediación de suelos contaminados con Hidrocarburos Policíclicos Aromáticos: una visión molecular

Abstract

El limitado conocimiento sobre la diversidad, dinámica y funcionalidad de las comunidades microbianas durante los procesos de biorremediación hace difícil clarificar la contribución biológica a la efectividad del proceso, considerando que los microorganismos son los mayores responsables de un proceso que sin dudas resulta útil para el manejo de problemas de contaminación. En particular en las estrategias de bioaumento, la supervivencia de los microorganismos inoculados se encuentra íntimamente relacionada con la competencia por los recursos con la población microbiana nativa del sitio contaminado; por lo tanto resulta crítico no solo entender la fisiología del inóculo sino también como afecta la estructura y la función de la comunidad microbiana del suelo a la cual se está introduciendo. Con el objetivo de contribuir al mejoramiento de los conocimientos básicos relacionados con la ecología microbiana y la efectividad de estrategias de bioaumento, aplicadas a la biorremediación de suelos contaminados con PAH, se orientó el trabajo de tesis, en primer lugar, a obtener y caracterizar un consorcio bacteriano degradador de fenantreno para ser utilizado en estrategias de bioaumento y aplicar estrategias “ómicas” para estudiar su dinámica funcional durante la degradación de fenantreno en medio líquido. El consorcio, (CON) obtenido de un suelo crónicamente contaminado con PAH, presentó la capacidad de degradar el 59% del fenantreno suplementado a los 7 días de incubación. La composición de CON se estudió por métodos dependientes e independientes de cultivo. Por métodos dependientes de cultivo, se lograron aislar cinco cepas bacterianas y se estudió la degradación del hidrocarburo tanto en cultivos puros de las mismas, encontrándose que solo la cepa AM (afiliada al género <i>Sphingobium</i> sp.) mostró la capacidad de degradar fenantreno, como en consorcios definidos (cultivos mixtos), encontrando una mayor eficiencia de degradación que el consorcio natural y que la cepa AM. De los métodos independientes de cultivo utilizados, la pirosecuenciación del gen 16S rRNA nos permitió conocer la composición de CON en términos de abundancia relativa de cada uno de los miembros. La caracterización catabólica de CON se llevó a cabo con un enfoque metagenómico y metaproteómico. Mediante la construcción de una biblioteca metagenómica a través de un screening funcional se encontraron clones con secuencias de genes codificantes de enzimas de la ruta de degradación de compuestos aromáticos que se afiliaron al orden <i>Burkholderiales</i>, revelando la presencia de al menos otra cepa con capacidad de degradar PAH en CON. Analizando el metaproteoma del consorcio mediante electroforesis bidimensional se identificaron proteínas pertenecientes a dos órdenes presentes en CON, <i>Sphingomonadales</i> y <i>Burkholderiales</i>, confirmando que se encontraron metabólicamente activos durante la degradación de fenantreno. En segundo lugar se estudió el impacto de la inoculación con diferentes formulaciones bacterianas sobre la estructura y dinámica de comunidades bacterianas de un suelo prístino contaminado con fenantreno y de un suelo crónicamente contaminado con PAH (proveniente de un proceso de <i>Landfarming</i> de un residuo petroquímico) mediante pirosecuenciación del gen 16S rRNA, a partir del DNA total de cada suelo. Además se correlacionaron los cambios en la estructura y dinámica de las comunidades bacterianas con la efectividad del proceso de biorremediación. Para ello se llevaron a cabo ensayos en microcosmos de los suelos mencionados y se inocularon diferentes formulaciones, entre las que se encontraron el consorcio natural (CON) y la cepa degradadora AM. En el suelo recientemente contaminado se podría afirmar que la estrategia de bioaumento llevada a cabo con el consorcio natural y la cepa degradadora <i>Sphingobium</i> sp. AM no solo mejoró la degradación del contaminante, reduciendo el tiempo de adaptación de la comunidad microbiana, sino que además generó un impacto positivo sobre la diversidad del sistema. Sin embargo, en un suelo crónicamente contaminado, las estrategias de inoculación lograron aumentar la diversidad de la comunidad bacteriana de un suelo crónicamente contaminado con hidrocarburos, sin incrementar la degradación de los contaminantes, donde la comunidad nativa ya habría sufrido la presión de selección ejercida por la contaminación y se encontró adaptada a la presencia de hidrocarburos.