Versatilidad metabólica de una comunidad arseniato reductora bajo condiciones reductoras y oxidantes

Abstract

"El arsénico es un metaloide tóxico para todos los seres vivos, en humanos puede causar daños severos a la salud. Para la biorremediación de sitios contaminados con arsénico se pueden usar bacterias con capacidad de respirar arsénico, que usan arseniato como aceptor final de electrones para transformarlo en arsenito, en combinación con bacterias que reducen sulfato a sulfuro. El arsenito y el sulfuro al alcanzar la saturación precipitan como sulfuros de arsénico (biominerales) y de esta forma separan el arsénico de la corriente acuosa para su confinación, disposición o reúso. Sin embargo, se ha perdido de vista que existe el riesgo de que el arsénico de los sulfuros de arsénico se movilice nuevamente por la acción de bacterias quimiolitótrofas capaces de usar arsenito como donador de electrones para la fijación de CO2 mediante la reducción de oxígeno o nitrato. Actualmente no hay investigación sobre dicho tema. El objetivo de este proyecto fue evaluar la capacidad de un consorcio especializado en arseniato reducción para movilizar arsénico de sulfuros de arsénico biogénicos, al oxidar arsenito en condiciones aerobias o anóxicas. En primer lugar, se evaluaron las cinéticas de reducción de arseniato y la posterior oxidación del arsenito producido en ensayos de microcosmos en lote por triplicado conteniendo 10 mM de arseniato. Los resultados mostraron que tanto la reducción de arseniato como la oxidación de arsenito fueron llevadas a cabo por el mismo consorcio anaerobio que se usó como inóculo en los ensayos. Dicho consorcio había sido previamente enriquecido y usado exclusivamente para llevar a cabo la reducción de arseniato y sulfato con lactato como donador de electrones en condiciones anaerobias. En otro conjunto de ensayos, se usaron precipitados de sulfuros de arsénico para evaluar la capacidad de la comunidad para movilizar nuevamente el arsénico a la fase acuosa. En este caso se encontró que la capacidad de oxidar arsenito fue 7 veces menor que en los ensayos con arsénico soluble. El consorcio microbiano con el que se realizaron los ensayos estaba compuesto por géneros como Desulfomicrobium, Desulfobulbus y Desulfosporosinus. Después de la etapa de oxidación, la diversidad disminuyó entre 38.8 y 68.2% para experimentos inoculados y endógenos, respectivamente; mientras que géneros como Thauera y Pseudomonas se enriquecieron entre 55- 83% y 85-95%, respectivamente. Estos resultados demuestran que los consorcios microbianos arseniato reductores poseen dualidad metabólica y son capaces de realizar el proceso contrario (oxidación de arsenito). Por lo tanto, los bioprecipitados de sulfuros de arsénico obtenidos mediante un proceso de biorremediación anaerobio podrían perder su estabilidad al encontrarse bajo condiciones fluctuantes en el ambiente (óxicas/anóxicas)."

"Arsenic is a toxic metalloid for all living organisms; in humans it can cause severe health damage. For the bioremediation of arsenic-contaminated sites, bacteria with the ability to respire arsenic can be used, which use arsenate as the final electron acceptor to transform it into arsenite, in combination with bacteria that reduce sulfate to sulfide. When arsenite and sulfide reach saturation, they precipitate as arsenic sulfides (biominerals), and in this way arsenic is separated from the aqueous stream for confinement, disposal, or reuse. However, it has been overlooked that there is a risk that arsenic from arsenic sulfides may become mobilized again by the action of chemolithotrophic bacteria capable of using arsenite as an electron donor for CO₂ fixation through oxygen or nitrate reduction. Currently, there is no research on this topic. The objective of this project was to evaluate the capacity of an arsenatereducing specialized consortium to mobilize arsenic from biogenic arsenic sulfides by oxidizing arsenite under aerobic or anoxic conditions. First, the kinetics of arsenate reduction and the subsequent oxidation of the produced arsenite were evaluated in triplicate batch microcosm assays containing 10 mM arsenate. The results showed that both arsenate reduction and arsenite oxidation were carried out by the same anaerobic consortium used as inoculum in the assays. This consortium had been previously enriched and used exclusively to carry out arsenate and sulfate reduction with lactate as electron donor under anaerobic conditions. In another set of assays, arsenic sulfide precipitates were used to evaluate the community’s ability to mobilize arsenic again into the aqueous phase. In this case, it was found that the capacity to oxidize arsenite was 7 times lower than in assays with soluble arsenic. The microbial consortium used in the assays was composed of genera such as Desulfomicrobium, Desulfobulbus, and Desulfosporosinus. After the oxidation stage, diversity decreased between 38.8 and 68.2% for inoculated and endogenous experiments, respectively; while genera such as Thauera and Pseudomonas were enriched between 55–83% and 85–95%, respectively. These results demonstrate that arsenate-reducing microbial consortia possess metabolic duality and can perform the opposite process (arsenite oxidation). Therefore, arsenic sulfide bioprecipitates obtained through an anaerobic bioremediation process could lose their stability when found under fluctuating environmental conditions (oxic/anoxic)."