P9 MANUAL DE PRACTICAS DE MICROBIOLOGIA APLICADA 2019

MICROBIOLOGÍA APLICADA
PRÁCTICA Nº 09
Aislamiento de microorganismos útiles para la
biorremediación
Por definición, la biorremediación es el uso de organismos vivos, principalmente
microorganismos, para degradar los contaminantes ambientales en formas menos tóxicas. Utiliza
bacterias y hongos o plantas naturales para degradar o desintoxicar sustancias peligrosas para
la salud humana y / o el medio ambiente. Los microorganismos pueden ser autóctonos de un área
contaminada o pueden ser aislados de otros lugares y llevados al sitio contaminado. Los
compuestos contaminantes son transformados por organismos vivos a través de reacciones que
tienen lugar como parte de sus procesos metabólicos. La biodegradación de un compuesto es a
menudo el resultado de la acción de múltiples organismos. Cuando se importan microorganismos
a un sitio contaminado para mejorar la degradación, tenemos un proceso conocido como
bioaumentación (Vidali , 2001).
El fundamento bioquímico de la biorremediación se basa en que en la cadena respiratoria, o
transportadora de electrones de las células, se van a producir una serie de reacciones de óxidoreducción cuyo fin es la obtención de energía. La cadena la inicia un sustrato orgánico
(compuestos hidrocarburados) que es externo a la célula y que actúa como dador de electrones,
de modo que la actividad metabólica de la célula acaba degradando y consumiendo dicha
sustancia. Los aceptores más comúnmente utilizados por los microorganismos son el oxígeno,
los nitratos, el hierro (III), los sulfatos y el dióxido de carbono. Cuando el oxígeno es utilizado
como aceptor de electrones la respiración microbiana se produce en condiciones aerobias, y los
procesos de biodegradación serán de tipo aerobio; sin embargo, si utiliza los sulfatos o el dióxido
de carbono se produce en condiciones reductoras o anaerobias, y los procesos de
biodegradación serán de tipo anaerobio (Maroto Arroyo & Rogel Quesada, 2004).
La biorremediación no es un concepto nuevo en el campo de la microbiología aplicada. Los
microorganismos se han utilizado para eliminar la materia orgánica y los productos químicos
tóxicos de los efluentes de desechos domésticos y de fabricación durante muchos años. Lo que
es nuevo, en las últimas décadas, es el surgimiento y expansión de la biorremediación como
industria, y su aceptación como una alternativa eficaz y económicamente viable para limpiar
suelos, aguas superficiales y subterráneas contaminadas con una amplia gama de sustancias
químicas tóxicas, a menudo recalcitrantes.
Pág. Nº 1
MICROBIOLOGÍA APLICADA
La biorremediación se está convirtiendo en la tecnología de elección para la remediación de
muchos ambientes contaminados, particularmente sitios contaminados con hidrocarburos de
petróleo (Crawford & Crawford, 2005).
Los procesos naturales de biorremediación y fitorremediación (remediación por plantas) se han
usado desde hace siglos; tal es el caso de la desalinización de terrenos agrícolas por la acción
de plantas capaces de extraer las sales (Silva Espitia, 2013). La biorremediación usando
microorganismos fue inventada por el científico norteamericano George M. Robinson. Éste trabajó
como ingeniero petrolero asistente de la compañía Santa María de California en la década de
1960 y se dedicó a experimentar con una serie de bacterias en frascos contaminados de petróleo.
Se puede clasificar a la biorremediación como in situ o ex situ. La primera consiste en tratar el
material contaminado en el lugar en que se encuentra sin trasladarlo a otra parte. Algunos
ejemplos de estas tecnologías consisten en operaciones de compostaje, la ventilación biológica,
la utilización de biorreactores, la filtración por raíces o la estimulación biológica. En los procesos
ex situ el material contaminado es trasladado a otro lugar para realizar o completar su
descontaminación. No todos los contaminantes son fáciles de biorremediar por medio de
microorganismos. Por ejemplo, los metales pesados como el cadmio y el plomo y el mercurio no
son absorbidos o capturados por estos organismos. La incorporación de algunos de estos metales
dentro de la cadena alimentaria (bioacumulación) agrava el problema. Se puede usar la
remediación por medio de plantas o fitorremediación. Es muy útil en estos casos porque es
posible usar plantas transgénicas que concentren estas toxinas en sus partes aéreas (sobre la
tierra), las cuales pueden ser cosechadas y eliminadas. Los metales pesados obtenidos de esta
cosecha pueden ser concentrados aún más por incineración para ser desechados o bien
reciclados para usos industriales.
La eliminación de una gran variedad de contaminantes del medio ambiente requiere un
conocimiento creciente de la relativa importancia de sus ciclos químicos y redes de
regulación del ciclo del carbono en diversos ambientes y para cada compuesto en particular. Con
seguridad que esta tecnología se desarrollará aún más en el futuro (SALAZAR MAYA , 2011).
Las tecnologías de biorremediación in situ ofrecen varias ventajas sobre la remediación física y
química, como se resume a continuación:
•
Se puede hacer en el sitio
•
Elimina el costo de transporte
•
Elimina residuos de forma permanente
•
La interrupción del sitio se puede minimizar
•
Aplicable a contaminantes diluidos y ampliamente difundidos
•
Asequible (Iwamoto & Nasu, 2001)
Pág. Nº 2
MICROBIOLOGÍA APLICADA
Microorganismos y contaminantes
Los microorganismos son esenciales para una solución alternativa clave para superar los
desafíos ya que sobreviven en todos los lugares de la biosfera debido a que su actividad
metabólica es asombrosa; luego, nacen en toda la gama de condiciones ambientales. La
capacidad nutricional de los microorganismos es completamente variada, por lo que se utiliza
como biorremediación de contaminantes ambientales (Abatenh, Gizaw , Tsegaye , & Wssie,
2017)
Tabla 1: Interacción de microorganismos e hidrocarburos (compuestos orgánicos).
Microorganismo
Compuesto
Penicillium chrysogenum
Hidrocarburos aromáticos monocíclicos, benceno,
tolueno, etilbenceno y xileno, compuestos fenólicos
P. alcaligenes P. mendocina y P. putida P. veronii,
Achromobacter, Flavobacterium, Acinetobacter
Gasolina y diésel hidrocarburos aromáticos
policíclicos tolueno
Pseudomonas putida
Hidrocarburos aromáticos monocíclicos, p. Ej.
benceno y xileno.
Phanerochaete chrysosporium
Bifenilo y trifenilmetano
A. niger, A. fumigatus, F. solani and P. funiculosum
Hidrocarbono
Coprinellus radians
HAP, metilnaftalenos y dibenzofuranos
Alcaligenes odorans, Bacillus subtilis,
Corynebacterium propinquum, Pseudomonas
aeruginosa
Fenol
Tyromyces palustris, Gloeophyllum trabeum,
Trametes versicolor
Hidrocarburos
Candida viswanathii
Fenantreno, benzopireno
cyanobacteria, green algae and diatoms and Bacillus
Naftaleno
licheniformis
Acinetobacter sp., Pseudomonas sp., Ralstonia sp. y
Microbacterium sp,
hidrocarbonos aromáticos
Pág. Nº 3
MICROBIOLOGÍA APLICADA
Gleophyllum striatum
estriado pireno, antraceno, 9- metil antraceno,
dibenzotiofeno lignina peroxidassa
Acinetobacter sp., Pseudomonas sp., Ralstonia sp.
and Microbacterium sp,
hidrocarbonos aromáticos
Gleophyllum striatum
estriado pireno, antraceno, 9- metil antraceno,
dibenzotiofeno lignina peroxidassa
Acinetobacter sp., Pseudomonas sp., Ralstonia sp.
and Microbacterium sp,
hidrocarbonos aromáticos
Gleophyllum striatum
estriado pireno, antraceno, 9- metil antraceno,
dibenzotiofeno lignina peroxidassa
Tabla 2: Grupos de microorganismos importantes para la biorremediación de
hidrocarburos.
Microorganismos
Compuesto
Fusariumsp.
petróleo
Alcaligenes odorans, Bacillus subtilis, Corynebacterium propinquum,
Pseudomonas aeruginosa
petróleo
Bacillus cereus A
gasóleo
Aspergillus niger, Candida glabrata, Candida krusei y Saccharomyces
cerevisiae
petróleo crudo
B. brevis, P. aeruginosa KH6, B. licheniformis y B. sphaericus
petróleo crudo
Pseudomonas aeruginosa, P. putida, Arthobacter sp y Bacillus sp
gasóleo
Pseudomonas cepacia, Bacillus cereus, Bacillus coagulans, Citrobacter
koseri y Serratia ficaria
gasóleo, petróleo
crudo
Tablas traducidas de (Abatenh, Gizaw , Tsegaye , & Wssie, 2017)
Pág. Nº 4
MICROBIOLOGÍA APLICADA
1.
Referencias
Abatenh, E., Gizaw , B., Tsegaye , Z., & Wssie, M. (2017). The Role of Microorganisms in
Bioremediation- A Review. Open Journal of Environmental Biology, 2(1), 038-046.
Crawford, R., & Crawford, D. (2005). Bioremediation: principles and applications (No. 6).
Cambridge University Press.
Electricidad, C. F. (2012). Biorremediación de acuífero contaminados con hidrocarburos.
Iwamoto, T., & Nasu, M. (2001). Current bioremediation practice and perspective. Journal of
Bioscience and Bioengineering, 92(1), 1–8.
Maroto Arroyo, M., & Rogel Quesada, J. (2004). Aplicación de sistemas de biorremediación de
suelos y aguas contaminadas por hidrocarburos. Geocisa. División de Protección
Ambiental, 4(5), 297-305.
SALAZAR MAYA , E. (2011). UTILIZACIÓN DE LA BIORREMEDIACIÓN EN PISCINAS
CONTAMINADAS CON PETRÓLEO EN LOS CAMPOS PETROLEROS DE LA REGIÓN
AMAZÓNICA. Quito.
Silva Espitia, P. A. (2013). PROCESOS DE BIORREMEDIACIÓN MICROBIANA EMPLEADOS
EN SUELOS DE PRODUCCIÓN AGRÍCOLA. Tunja.
Vidali , M. (2001). Bioremediation. An overview. Pure and applied chemistry, 73(7), 1163-1172.
Pág. Nº 5
MICROBIOLOGÍA APLICADA
MATERIALES:
Compost
Tierra agrícola
Agua residual (proveniente de una PTAR)
Petróleo Diesel.
Medios de cultivo: Bushnell Hass, Agar nutritivo, Agar Sabouraud,
Frascos estériles.
Tubos de dilución
Tubosmedianos
Placas de Petri
Gradillas
Asas de Kolle
Papel de platino
PROCEDIMIENTO:
a. Pesar 10 g de una muestra de compost, o de tierra agrícola, y llevar a 90 ml de agua
peptonada estéril.
b. A partir de esta dilución, tomar con una pipeta 1 ml e inocular a cada frasco
conteniendo medio Bushnell Hass enriquecido con petróleo a concentraciones de 1%
y 10%. En caso de emplear agua residual, tomar 1 ml directamente e inocular en los
frascos conteniendo medio Bushnell Hass enriquecido con petróleo a concentraciones
de 1% y 10%.
c. Realizar este procedimiento a la vez que se elabora un blanco de tratamiento que no
presentará la adición de la muestra ambiental, únicamente el medio Bushnell Hass
enriquecido con petróleo a concentraciones de 1% y 10%.
d. Incubar a temperatura ambiente por 7 - 14 días en agitación.
e. Evaluar la actividad degradativa y crecimiento microbiano mediante la comparación
de turbidez entre los diferentes tratamientos y el blanco.
f. Realizar la coloración Gram a partir de una asada obtenida de cada uno de los
tratamientos.
g. Sembrar una asada de cada frasco en Agar nutritivo y Agar Sabouraud, incubar a
temperatura ambiente por 7 días, luego observar características culturales y realizar
coloración Gram de las colonias aisladas.
Pág. Nº 6
MICROBIOLOGÍA APLICADA
Pág. Nº 7
MICROBIOLOGÍA APLICADA
ESQUEMAS Y RESULTADOS:
Pág. Nº 8
MICROBIOLOGÍA APLICADA
CUESTIONARIO:
1. Cuál es la diferencia entre el empleo de dispersantes químicos y el empleo de
microorganismos para la remediación. Cuáles son las limitantes?
2. Qué efectos negativos genera el derrame de petróleo en el suelo.
3. Qué efectos negativos genera el derrame de petróleo en el agua.
4. Describa 10 especies de bacterias y 10 especies de hongos degradadores de petróleo.
5. Explique un proceso de biorremediación de suelos contaminados con pesticidas químicos.
Pág. Nº 9