Biodegradación del xenobiótico P-Nitrofenol por la cepa bacteriana Enterococcus gallinarum aislada de residuos de granja
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2023
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P-Nitrofenol Biodegradación Biodegradación Biorremediación Cepas bacterianas Contaminación del agua Enterococcus gallinarum Fitotoxicidad Xenobióticos |
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Biodegradación del xenobiótico P-Nitrofenol por la cepa bacteriana Enterococcus gallinarum aislada de residuos de granja |
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Ciencias ambientales |
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Co-director/a Director/a Ingeniería en Recursos Naturales Renovables Ingeniero/a en Recursos Naturales Renovables Integrante del jurado Integrante del jurado Integrante del jurado spa UNCuyo FCA |
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Farrando, Silvina Andrea Flores Cáceres, María Laura Funes Pinter, Iván Harshavardhan, Mohan Salinas, María Cecilia |
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Facultad de Ciencias Agrarias |
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Martín Tempestti, Julieta Celeste |
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La contaminación de cuerpos de agua y suelo es un problema que interpela a la humanidad
en su conjunto. Grandes regiones del planeta sufren actualmente escases de agua, y sin
embargo, existen industrias que continúan desechando sus efluentes en cauces sin previo o
con mínimo tratamiento. Uno de los compuestos que causa contaminación es el P-Nitrofenol,
un xenobiótico utilizado en la fabricación de fármacos, fungicidas, insecticidas, tinturas y para
oscurecer cuero. No obstante, este compuesto orgánico es nocivo en plantas, en animales y
en humanos tanto por ingestión, inhalación o contacto con la piel, además produce severos
efectos ambientales ya que se bioacumula, aumentando su concentración con el avance en
la red trófica. En respuesta a esta problemática, en este estudio se analizó la posibilidad de
emplear una cepa bacteriana para el tratamiento de aguas contaminadas por P-Nitrofenol.
La hipótesis planteada en el estudio sostiene que, entre las 17 cepas bacterianas previamente
aisladas, al menos una de ellas tiene la capacidad de biodegradar el compuesto P-Nitrofenol,
lo que reduciría la toxicidad del agua tratada. Por consiguiente, el objetivo de este trabajo fue
disminuir la toxicidad de un medio líquido contaminado con P-Nitrofenol mediante la selección
de una cepa bacteriana capaz de metabolizarlo y la subsiguiente optimización de las
condiciones de laboratorio. En particular se buscó: (1) seleccionar una cepa bacteriana capaz
de tolerar elevadas concentraciones de PNP (bioinhibitorias); (2) Caracterizar la
biodegradación de PNP a concentraciones seriadas del mismo, niveles de pH y dosis de
inóculo; (3) seleccionar la concentración inicial de PNP, dosis de inóculo y pH donde la
biodegradación por parte de la bacteria sea óptima; (4) determinar la biodegradación del PNP
en una matriz ambiental (agua de río); (5) determinar la eficacia de la biodegradación de PNP
mediante ensayos de fitotoxicidad y finalmente, (6) identificar mediante técnicas moleculares
la cepa seleccionada.
Las etapas experimentales del estudio se llevaron a cabo en el laboratorio de biorremediación
de la Facultad de Biotecnología en la Universidad de Chonbuk, Iksan-si. Las variables de
laboratorio optimizadas (nivel de pH, dosis de inóculo y concentración inicial de PNP) se
llevaron a cabo mediante experimentos monofactoriales. La bacteria fue cultivada en caldo LB
(Luria Bertani) acuoso y se alteraron las distintas condiciones de laboratorio para encontrar
aquella que lograra la mayor degradación del compuesto. Mediante análisis GC-MS y HPLC,
se determinó el porcentaje de biodegradación de P-Nitrofenol de cada día de tratamiento. De
esta manera se hallaron las condiciones óptimas para la biodegradación.
De las 17 cepas bacterianas aisladas a partir de residuos de una granja porcina, Enterococcus
gallinarum fue seleccionada por su capacidad de degradación del xenobiótico. Los resultados
indicaron que el mejor escenario para la biodegradación de P-Nitrofenol por parte de E.
gallinarum fue de 100 mg L-1 de PNP inicial, pH 7; 3% v/v de dosis de inóculo y 30 ºC. Una vez determinadas estas condiciones óptimas, se constató que la bacteria fue capaz de
degradar más del 96% del contaminante en 4 días. Además, se complementó con estudios
de fitotoxicidad con semillas de Vigna radiata (poroto mung) y los resultados indicaron que el
xenobiótico fue biodegradado eficazmente. Asimismo, se realizó un estudio utilizando una
matriz ambiental, en este caso agua de río, y se demostró que la bacteria tuvo la capacidad
de biodegradar ampliamente el xenobiótico, incluso en distintos escenarios.
En conclusión, esta investigación demostró que la cepa bacteriana Enterococcus gallinarum
tiene la facultad de metabolizar el xenobiótico P-Nitrofenol, llevando su concentración a
niveles compatibles con la vida. Sin embargo, aún se desconoce su aplicabilidad en territorio,
por lo que se invita a seguir profundizando la investigación con el objetivo de examinar la
posibilidad de aplicar esta biotecnología en condiciones reales, como herramienta para el
tratamiento de aguas contaminadas con el xenobiótico.
La biorremediación es un campo en continua expansión en lo referido al tratamiento de
contaminantes recalcitrantes y presenta un inmenso potencial. Se considera imprescindible
seguir invirtiendo recursos en este tipo de tecnologías a fin de reparar el deterioro ambiental
causado por la humanidad. La biorremediación ofrece una solución limpia y de bajo costo, que
puede ser aplicada en diversos escenarios. Water and soil pollution pose a problem that challenges humanity as a whole. Large regions of the planet currently suffer from water scarcity, yet there are industries that continue to discharge their effluents into waterways with little to no treatment. One of the compounds causing pollution is P-Nitrophenol, a xenobiotic used in the production of pharmaceuticals, fungicides, insecticides, dyes, and leather darkening. However, this organic compound is harmful to plants, animals, and humans through ingestion, inhalation, or skin contact. Moreover, it has severe environmental effects as it bioaccumulates, increasing its concentration as it escalates throw the food chain. In response to this issue, this study analyzed the potential use of a bacterial strain for treating water contaminated with P-Nitrophenol. The hypothesis posited in the study asserts that among the 17 previously isolated bacterial strains, at least one has the capability to biodegrade the compound P-Nitrophenol, thereby reducing the totoxicity of the treated water. Consequently, the objective of this work was to diminish the toxicity of liquid media contaminated with P-Nitrophenol by selecting a bacterial strain capable of metabolizing it and optimizing laboratory conditions. Specifically, the study aimed to: (1) select a bacterial strain capable of tolerating high concentrations of P-Nitrophenol (bioinhibitory concentrations); (2) Characterize the biodegradation of P-Nitrophenol at different concentrations, pH levels, and inoculum doses; (3) determine the optimal initial concentration of P-Nitrophenol, inoculum dose, and pH for bacterial biodegradation; (4) ascertain the biodegradation of P-Nitrophenol in an environmental matrix (river water); (5) assess the effectiveness of P-Nitrophenol biodegradation through phytotoxicity assays; and finally, (6) identify the selected strain using molecular techniques. The experimental stages of the study were carried out in the Bioremediation Laboratory of the Faculty of Biotechnology at Chonbuk University, Iksan-si. The optimized laboratory variables (pH level, inoculum dose, and initial P-Nitrophenol concentration) were determined through monofactorial experiments. The bacteria were cultivated in aqueous LB (Luria Bertani) broth, and various laboratory conditions were altered to find the combination that achieved the highest compound degradation. By analyzing GC-MS and HPLC data, the percentage of PNitrophenol biodegradation was determined for each treatment day, leading to the identification of optimal biodegradation conditions. Out of the 17 bacterial strains isolated from pig farm residues, Enterococcus gallinarum was selected for its ability to degrade the xenobiotic. Results indicated that the optimal scenario for P-Nitrophenol biodegradation by E. gallinarum was an initial concentration of 100 mg L-1 of PNitrophenol, pH 7, 3% v/v inoculum dose, and 30°C. Once these optimal conditions were established, it was observed that the bacteria were capable of degrading over 96% of the contaminant within 4 days. Additionally, phytotoxicity studies with Vigna radiata (mung bean) seeds demonstrated effective biodegradation of the xenobiotic. Furthermore, an environmental matrix study using river water showed the bacteria's extensive capacity to biodegrade the xenobiotic, even under different scenarios. In conclusion, this research revealed that the bacterial strain Enterococcus gallinarum possesses the ability to metabolize the xenobiotic P-Nitrophenol, reducing its concentration to levels compatible with life. However, its applicability in the field remains unknown, urging further investigation to explore the potential application of this biotechnology under real conditions as a tool for treating water contaminated with the xenobiotic. Bioremediation is a rapidly expanding field in terms of treating recalcitrant pollutants, offering immense potential. Continued investment in such technologies is considered essential to mitigate the environmental degradation caused by humanity. Bioremediation provides a clean, low-cost solution applicable in various scenarios. |
