APLICACIONES RELACIONADAS AL MEDIO AMBIENTE
TRATAMIENTO BIOLOGICO DE RESIDUOS TRATAMIENTO BIOLOGICO DE EFLUENTES INDUSTRIALES BIOREMEDIACION DE SUELOS BIOLIXIVIACION O RECUPERACION DE METALES PRODUCCION DE SUSTITUTOS DE PRODUCTOS NATURALES Y DE LA PETROQUIMICA
– – – – Polimeros Biosurfactantes Plasticos Insecticidas biologicos
PRODUCCION DE ENZIMAS PARA LA RECONVERSION TECNOLOGICA (“Tecnologia Limpia”)
– Lipasas (detergentes, acidos grasos, BIOcatalisis) – Proteasas (detergentes, curtiembre) – Oxido-reductasas (biocatalisis)
Tratamiento de Residuos y efluentes industriales
Tratamiento Fisico-quimico Tecnica Empleada Incineracion Aislamiento Tratamiento quimico
Aerobio Anaerobio
Caracteristicas Altamente contaminante Residuos toxicos o agresivos Bajo costo rapido
No contaminante Degradacion completa (idealmente) Aceptacion publica In situ Costo? Proceso lento que involucra muchas etapas
Biologico
La caracteristica fundamental que distingue a la biotecnologia Ambiental es la necesidad de conseguir un optimo funcionamiento microbiano en condiciones ambientales complejas, poco precisas y acompañados de otras comunidades de microbios
Bioremediacion: remocion de contaminantes y toxicos por metodos biologicos
Bioestimulacion: agregado de nutrientes a la poblacion indigena Bioaumentacion: agregado de microorganismos
Se pueden tratar suelos conteniendo: solventes organicos/toxicos quimicos/ hidrocarburos Las bacterias pueden degradar compuestos naturales o relativamente simples (catabolismo) pero no los toxicos complejos. Numerosos compuestos toxicos han sido creados artificialmente y son nuevos en el medio ambiente (xenobioticos) Ej: Benzeno, Phenol, Chloroform, Carbon tetrachloride, Gasoline, Motor oils,
Nitrate, Lead, DDT, TNT
Organismos empleados en Bioremediacion
Type of Contaminant Genus
Petroleum Aromatic Rings
Pseudomonas, Proteus, Bacillus, Penicillum,Cunninghamella Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus, Arthrobacter, Penicillum, Aspergillus, Fusarium, Phanerocheate
Staphlococcus, Bacillus, Pseudomonas, Citrobacter, Klebsiella, Rhodococcus SulfurThiobacillus Escherichia, Pseudomonas Alcaligenes, Pseudomonas
Cadmium
Copper Chromium
Reacciones enzimaticas que reducen la toxicidad de los compuestos
Hidrolisis Hidroxilacion Dehalogenacion Demetilacion/dealquilacion Metilacion Nitro reduccion Ruptura de uniones tipo eter
Bioremediacion de compuestos del petroleo (BTEX)
Los compuestos quimicos Benceno, Tolueno, Etilbenceno y Xilenos (BTEX) son hidrocarburos volatiles que se encuentran en el petroleo crudo y en sus subproductos (nafta). Tambien se producen para uso industrial como solventes y precursores en la sintesis de pesticidas, plasticos y fibras sinteticas
Se consideran una de las causas mas importantes de polucion debido a la frecuencia de su derrame en los tanques de deposito de petroleo, en las areas de produccion y almacenaje, refinerias, etc. Se estima que solo en los EEUU el 35% de los 1.4 millones de tanques de deposito de gasolina tienen perdidas. La contaminacion de aguas con compuestos BTEX es dificil de remediar porque estos compuestos son relativamente solubles en el agua y pueden difundir rapidamente en los acuiferos. Las tecnicas de bioremediacion de compuesto BTEX deben realizarse in situ Los BTEX pueden degradarse por via aerobica o anaerobica según las reacciones que se indican:
METABOLISMO AEROBICO
Intervienen oxigenasas y dioxigenasas que tienen baja especificidad de sustrato Transforman sustratos hidrofobicos en hidrofilicos Actuan por hidroxilacion de compuestos aromaticos Estan codificadas en plasmidos Pueden ser inducidas por sustratos no naturales (fenoles, compuestos clorados, tc) Son hemo proteinas de membrana que requieren oxigeno para su actividad
Tolueno Antraceno Fenantreno Naftaleno Benceno Salicilato Fenol
Catecol (2,3 dihidroxibenceno)
Benzoato
p-Toluato p-OH benzoato p-Cl benzoato
Protocatehuate
(3,4 di hidroxibenzoico)
Todos los compuestos que pueden metabolizarse a Benzoato forman catecol como producto final. Los derivados de toluenos (xileno, etc) forman protocatehuate como producto final
Degradacion por formacion de catecol y clivaje “meta”
Piruvato
acetaldehido
Naftaleno
cis- diol (Nah A)
Estructura de Naftaleno dioxigenasa : Fe2+ es coordinado por His, His, Asp. El oxigeno se liga a un lado del hierro
Requisitos para la Biodegradacion
Un organismo o una comunidad Condiciones adecuadas para la induccion de la/s enzimas: - Baja concentracion de fuente de C
– Puede requerirse una fuente de energia (distinta de la molecula blanco) – inductor
Los genes que codifican para las enzimas de las vias perifericas se encuentran en plasmidos. Ej. La degradacion de tolueno, xyleno y compuestos aromaticos similares se degradan por enzimas de los plasmidos TOL , por ej pWW0.
Detoxificacion de metales
Muchos microorganismos pueden crecer en presencia de altas concentraciones de metales La resistencia a metales puede deberse a:
– Disminucion de uptake – aumento de la excrecion – Mecanismos de oxido reduccion
Resistencia a compuestos arsenicales
E. coli
Staphilococcus
Resistencia a Cadmio y Zinc: a traves de los transportadores de Mg y Mn
Detoxificacion de metales
Metal Mercurio Organismo Streptomyces, Bacillus, Alcaligenes, E. coli, etc Scopulariopsis, Fusarium. Alternaria Mecanismo Transporte y reduccion a Hg 0 (volatil) Caracteristicas Genes codificados en plasmidos o en cromosomas, según genero Metilacion. Se forma Depositos y La eliminacion dimetil Se que es lagunas depende de otros volatil iones presentes y el tipo de residuo. Una concentracion de 4 mg/Kg requiere 3 años Adsorcion a las Medios acuosos Mas eficiente para paredes Cu : hasta 400 umoles/g biomasa seca Reduccion de Cr(VI) Sistemas de Puede afectarse a Cr(III) por enfriamiento tambien el reductasas no transporte (regulado especificas por genes plasmidicos) Reduccion de U(VI) Aguas Se disminuye la a U(IV) en medio contaminadas utilizacion de acido alcalino Leaching en minas nitrico y se concentra el metal Efluente
Selenio
Cobre, Zinc hierro y Cianobacterias manganeso
Cromo
Alcaligenes, Pseudomonas, Vibrio, Bacillus
Uranio
Desulfovibrio