Biorremediación de metales pesados en aguas y efluentes: bioprospección y generación de algas genéticamente modificadas

Las actividades humanas liberan metales al ambiente, y los métodos fisicoquímicos para separarlos presentan numerosas desventajas. Las algas son útiles debido a su rápido crecimiento, bajo costo y capacidad biorremediadora. Ésta última podría mejorarse sobreexpresando proteínas de unión a metales como las metalotioneinas (MTs) o las frataxinas. Hasta la fecha, se han identificado numerosas MTs en plantas, no así en algas. Los objetivos de esta tesis fueron generar y caracterizar microalgas con el fin de mejorar su capacidad quelante, e identificar nuevas secuencias de MTs de algas con potencial para la biorremediación. Se generaron líneas transgénicas de Chlamydomonas reinhardtii que expresan la MT de soja GmMT3 (CrGmMT3), la frataxina endógena (CrFH), y la frataxina de maíz en citosol (CrZmFH2) y en mitocondria (CrCoxZmFH2). Mediante ICP-MS, se observó que las líneas fueron capaces de acumular mayores cantidades de Cu y Zn comparadas con la cepa salvaje y fueron más eficientes en la acumulación de Fe, Zn, Ni, Mn y Cr provenientes de un lodo de desecho industrial. Los consorcios de las microalgas generadas mejoraron la eficiencia de biorremediación de las microalgas individuales, especialmente el consorcio V (CrGmMT3, CrZmFH2 y CrCoxZmFH2). Adicionalmente, las algas fueron inmovilizadas en esferas de alginato para facilitar el escalado. En general, la inmovilización mejoró la eficiencia biorremediadora y protegió a la biomasa. Con el objetivo de encontrar nuevas MTs con características útiles para ser usadas en biorremediación, se realizaron análisis bioinformáticos y se identificaron 124 nuevas posibles secuencias de MTs en los tres grupos de algas (Chlorophytas, Rodophytas y Ochrophytas). Estas secuencias se caracterizaron mediante redes de similitudes y alineamientos de secuencias, observándose heterogeneidad en su disposición, y patrones de distribucion de cisteínas que en general no se asemejan a los de las plantas, ni a otras MTs ya caracterizadas. Las MTs de Chlorophytas presentaron mayor heterogeneidad en sus secuencias que las de Rodophytas y Ochrophytas, que mostraron mayor similitud entre sí. En base a la prevalencia de Cys en las secuencias se seleccionaron cuatro posibles MTs de algas, correspondientes a Ectocarpus siliculosus (EsilMT1 y EsilMT2), a Auxenochlorella prototheicoides (AproMT) y a Galdieria sulphuraria (GsulMT), y se evaluaron sus preferencias y capacidad de unión a metales y resistencia a un agente pro-oxidante (H2O2). Se sintetizaron los complejos metal-MT in vivo en presencia de iones metálicos de estas proteínas y se caracterizaron por ICP-AES y ESI-MS. Los resultados mostraron que una mayor cantidad de residuos Cys aumenta la cantidad de iones Zn, Cd o Cu que pueden unir las proteínas. EsilMT1 demostró tener alta afinidad por Zn y Cu, afinidad intermedia por Cd y menor resistencia al H2O2 que las otras MTs. EsilMT2, presentó baja afinidad a metales, pero confirió resistencia al H2O2. AproMT, exhibió mayor afinidad por Zn e intermedia para Cd y Cu, aunque favoreció el crecimiento en presencia de éstos últimos o de H2O2. GsulMT mostró alta afinidad por Zn y Cd, creció bien en medios ricos en dichos metales o en presencia de H2O2, pero con baja afinidad por Cu y sin ventajas de crecimiento en su presencia. Esta tesis subraya el potencial de las microalgas, y las MTs de algas como estrategias prometedoras para la biorremediación de aguas contaminadas con metales.