Bioprospección de microorganismos con resistencia a metales de sitios contaminados con arsénico

Abstract

"Hoy en día podemos encontrar diversas formas de contaminación en el medio ambiente que repercuten en la salud humana. Muchas de ellas son debidas a la exposición de compuestos inorgánicos, como son los metales pesados y metaloides que encontramos en nuestro ambiente de manera natural o por actividades antropogénicas. Uno de estos compuestos es el arsénico (As), el cual es un elemento altamente tóxico y dañino para los organismos que se encuentran en contacto con él, a tal grado que está catalogado como un contaminante prioritario por su gran potencial ecotoxicológico. Debido a su amplia distribución y su movilidad en mantos freáticos y aguas superficiales, es de vital importancia implementar tecnologías que permitan la atenuación de este metaloide, entre las que destacan procesos fisicoquímicos y biológicos. Se sabe que ciertos microorganismos influyen en la movilidad y especiación del arsénico, ya que realizan procesos de óxido-reducción, es por ello que el estudio de microorganismos presentes en los sitios donde se encuentre este contaminante resulta relevante, ya que permitirá conocer en detalle sus capacidades metabólicas y así implementar procesos biotecnológicos para la remediación de sitios con arsénico. Dentro de este contexto, el presente trabajo se enfocó en realizar un estudio microbiológico de muestras de sedimentos recuperados de sitios con alta concentración de arsénico y otros metales, del estado de San Luis Potosí, México. Se realizaron ensayos en lote con inóculo de sedimentos de dos sitios altamente contaminados con arsénico (> 2263 mg/Kg sedimento), para seleccionar microorganismos capaces de metabolizar o tolerar arsénico. Posteriormente se realizaron cultivos en placa para poder aislar organismos capaces de respirar este metaloide, en las cuales se colocaron arseniato, As(V), como aceptor de electrones a una concentración de 5 mM y lactato como donador de electrones a una concentración de 5 mM. Los consorcios recuperados fueron capaces de llevar a cabo la oxidación de lactato en presencia de arsénico, además se determinó que los consorcios pueden usar sulfato o nitrato, además del arsénico, como aceptores de electrones. A partir de estos consorcios se lograron aislar 14 aislados con capacidad de crecer en medio sólido con arsénico (5 mM). La caracterización de las cepas mediante secuenciación indicó que se lograron aislar microorganismos del género Pseudomonas, Rhizobium, Peanibacilum y Bacteroides, capaces de crecer en altas concentraciones de arsénico. Los géneros de bacterias identificados son de carácter facultativas, desarrollándose tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas. Así mismo, se demostró mediante un ensayo para evaluar concentraciones mínimas inhibitorias de metales, que tienen la capacidad de tolerar metales pesados como Pb (2mM), Cd (1mM), Zn (3mM), y mostrar una resistencia con As en concentraciones de hasta 50 mM, en condiciones aeróbicas. Mientras que, en contraparte, para las condiciones anaeróbicas, mostraron capacidad de crecer con arsénico pero con una velocidad de crecimiento diferente que para las condiciones aeróbicas; mostrando un metabolismo mucho más lento cuando se les adicionó los metales, tardando casi tres semanas en crecer, mostrando resistencia hacia Pb (2mM), Cd (1mM) y Zn (3mM)."

"Today, in the environment we can find several forms of pollution that have an impact on human health. Many of them come from the exposure of inorganic compounds, as heavy metals and metalloids that we can find in our natural environment or due to anthropogenic activities. One of these compounds of major importance is arsenic (As), which is a highly toxic and harmful element for organisms that are in contact with it, being a priority pollutant due its great ecotoxicological potential. Due to its wide distribution and mobility in groundwater and surface waters, it is vital to implement technologies that allow the attenuation of this metalloid, such as physicochemical and biological processes. It is known that certain microorganisms influence the mobility and speciation of arsenic, performing oxidation-reduction processes; therefore, the study of microorganisms present in sites where this pollutant is located is relevant to known their metabolic capabilities in detail that allow to implement biotechnologies to deal with pollution problems caused by arsenic. In this context, the present work focuses on a microbiological study of sediments recovered from sites with high concentrations of arsenic (> 2263 mg/Kg sediment) and other metals, from the state of San Luis Potosí, Mexico. Experiments were carried out in batch trials with sediments as inoculum, in order to select microorganisms capable of respiring arsenate, As (V), as electron acceptor at a concentration of 5 mM and lactate as an electron donor at a concentration of 5 mM. The enrichments were cultured in solid media to isolate microorganisms able to respire arsenic. The enrichments performed arsenate reduction with lactate as substrate, and besides arsenic, the enrichments were also capable of using sulfate or nitrate as electron acceptors. Further, 14 isolates were retrieved from the enrichments able to growth in solid media with high arsenic concentration. The results demonstrated that successfully isolated microorganisms of the genus Pseudomonas, Rhizobium, Peanibacilum and Bacteroides, had the ability to use different electron acceptors such as sulfate and nitrate. From the cultivation of the isolates it was observed that these bacteria are facultative, developing in both aerobic and anaerobic conditions. In addition, it was demonstrated, by an assay to evaluate minimum inhibitory concentrations of metals, that some of the isolates have the ability to withstand heavy metals such as Pb (2mM), Cd (1mM)., Zn (3mM), and show As resistance in concentrations up to 50 mM, under aerobic conditions. Whereas, in their counterpart, under anaerobic conditions, they showed capacity to grow with arsenic but with a different growth rate than for aerobic conditions; showing a much slower metabolism when the metals were added, taking almost three weeks to grow, showing resistance to Pb (2mM), Cd (1mM) and Zn (3mM)."