Ecología microbiana de los procesos de biorremediación in situ de sedimentos de cursos de agua dulce contaminados con hidrocarburos

Abstract

La contaminación de sedimentos de agua dulce con hidrocarburos es un problema ambiental significativo debido a su persistencia y toxicidad. La remediación natural, basada en la actividad de comunidades microbianas autóctonas, representa una alternativa sostenible para su tratamiento. En este contexto, el diagnóstico molecular ambiental (DMA) se ha convertido en una herramienta clave para el estudio de estos procesos, ya que permite caracterizar las comunidades microbianas y evaluar su potencial degradativo mediante técnicas de biología molecular. La presente tesis investiga la ecología microbiana de los procesos de biorremediación en sedimentos contaminados con hidrocarburos, utilizando enfoques de microbiología clásica y moleculares. Los objetivos principales fueron; caracterizar la comunidad microbiana autóctona y su capacidad degradativa, aplicar herramientas de biología molecular para estudiar los procesos de degradación in situ y, finalmente, evaluar el impacto de la aireación en la biorremediación de hidrocarburos. A partir de un muestreo, realizado en 2018 el marco de un convenio con empresa, se tomaron muestras de agua y sedimentos de un curso de agua dulce lindero a una industria petroquímica y se seleccionaron tres sitios, de un total de 12 muestreados, para ser analizados. Se determinaron actividades biológicas vinculadas con los ciclos de la materia, y se cuantificaron microorganismos cultivables y no cultivables, mediante técnicas clásicas y moleculares. Se secuenció parcialmente el gen 16S rRNA de los extractos de ADN de los sedimentos mediante la tecnología Illumina y con la información obtenida se realizaron estudios de diversidad, análisis taxonómico y predicciones funcionales. El potencial degradador de las comunidades presentes en el sitio fue analizado a través de la predicción de vías metabólicas y de genes funcionales vinculados con la degradación de hidrocarburos y a través de la cuantificación de genes y transcriptos de degradación aeróbica y anaeróbica de hidrocarburos. Se identificaron cambios significativos en la composición microbiana a lo largo del perfil (profundidad) del sedimento, relacionados con la profundidad, humedad y la concentración de hierro, fósforo, nitrógeno, amonio intercambiable, litio, manganeso y plomo. La caracterización exhaustiva del sitio permitió evidenciar que los sedimentos superficiales estarían actuando como un biofiltro, participando en los ciclos biogeoquímicos de la materia y degradando activamente los hidrocarburos. Evitando, junto con las poblaciones acuáticas, el pasaje de los hidrocarburos desde los sedimentos al cuerpo agua. Los estudios de biología molecular, herramientas del Diagnóstico molecular ambiental, utilizados en este trabajo permitieron evidenciar el potencial de degradación anaeróbica del sitio, siendo los microorganismos Synthrophus y Thauera algunos de los que se encontrarían activamente degradando estos compuestos. Por lo que se sugiere que la familia Syntrophacecae podría utilizarse como bioindicadora de la degradación anaeróbica de hidrocarburos en futuros monitoreos de los sedimentos superficiales de este sitio. Con el objetivo de estudiar el efecto de la bioestimulación con aire sobre la estructura de la comunidad microbiana de sedimentos antropizados Se diseñó un ensayo de microcosmos a escala de laboratorio, con agua y sedimentos del curso de agua caracterizado anteriormente. Los microcosmos se incubaron en dos condiciones, (con aireación forzada y control) durante 280 días realizando medidas en 4 tiempos de incubación. Sobre la mitad de las réplicas biológicas de cada tiempo, se determinó el contenido de hidrocarburos totales. Sobre la otra mitad de las réplicas se determinó la concentración de oxígeno disuelto en el agua, y en los sedimentos las actividades enzimáticas, la cuantificación por qPCR del número de copias del gen 16S rRNA y de genes funcionales de degradación de hidrocarburos. Por último, se secuenció la región V4 del gen 16S rRNA de los extractos de ADN de cada condición y se realizaron análisis de diversidad, asignación taxonómica y predicciones funcionales. La aireación forzada logró incrementar la concentración de oxígeno disuelto de las aguas, duplicando los valores naturales medidos en el curso de agua. Sin embargo, esta diferencia no generó cambios en la estructura de las comunidades microbianas de los sedimentos, sugiriendo que no fue suficiente o que los cambios podrían verse enmascarados por otros metabolismos predominantes. Mediante predicción y cuantificación de genes marcadores de degradación de hidrocarburos se reconfirmó el potencial de degradación anaeróbica en estos sedimentos y se evidenció en los sedimentos de los microcosmos el potencial de degradación aeróbica. Sin embargo, no se pudo evidenciar un efecto de la aireación sobre la degradación de hidrocarburos por lo que deberían realizarse estudios más detallados.