Biotecnología aplicada a procesos de biorremediación de Mn(II)

La presencia de altas concentraciones de Mn(II) en aguas subterráneas utilizadas para el consumo humano es un problema ampliamente distribuido en Argentina, ya que afecta su calidad desde el punto de vista de aceptabilidad, operativo y sanitario. Desde hace algunos años, los métodos fisicoquímicos usualmente empleados para el tratamiento de aguas contaminadas con Mn comenzaron a ser sustituidos por procesos de remoción biológica debido a que éstos son eficientes, económicos y no presentan impacto ambiental negativo. Dichos procesos se basan principalmente en el uso de filtros de grava y arena sobre los cuales las bacterias indígenas del agua desarrollan biofilms y llevan a cabo la oxidación del metal con gran eficiencia. Sin embargo, en la mayoría de los casos, los tiempos requeridos para que estos biofilms maduren son demasiados extensos, haciendo que se retrase el inicio de la remoción del metal. Para mejorar dicha situación, a menudo, se recurre a técnicas de bioaumentación. En este trabajo, se estudió el efecto de la bioaumentación de filtros de arena con dos cepas ambientales oxidantes de Mn(II), Pseudomonas sagittaria MOB-181 y Pseudomonas resinovorans MOB-449, a través de distintas metodologías de inoculación. Los ensayos se realizaron en distintas épocas del año para evaluar, además, cómo impacta la temperatura del ambiente sobre la eficiencia de remoción de Mn de los filtros y sobre la comunidad bacteriana establecida en el interior de los mismos. Los resultados obtenidos demostraron que tanto a escala banco como a escala piloto, la presencia de la bacteria Pseudomonas sagittaria MOB- 181 permitió acelerar los tiempos requeridos para la remoción del Mn presente en aguas naturales, independientemente de la metodología de inoculación empleada. Por otro lado, se pudo determinar que la inoculación de los filtros con las bacterias Pseudomonas sagitaria MOB-181 y Pseudomonas resinovorans MOB-449 en simultáneo, no conduce a mejorías en las eficiencias de remoción del metal respecto a la inoculación de los filtros únicamente con la bacteria Pseudomonas sagittaria MOB-181, indicando que la presencia de la bacteria Pseudomonas resinovorans MOB-449 no confiere ventajas significativas al proceso. Con respecto al efecto de la temperatura, se comprobó que la misma interfiere directamente en el establecimiento de los consorcios bacterianos en el interior de los filtros y en el rendimiento de los mismos. Las bacterias que oxidan Mn(II) son muy diversas, y se cree que la mayoría de ellas oxidan el metal por medio de dos enzimas: las Multicobre Oxidasas (MCO) y las Hemoperoxidasas (HP). Sin embargo, no se conoce con certeza cómo es el mecanismo utilizado. La bacteria Pseudomonas resinovorans MOB-449 posee la capacidad de oxidar Mn(II) con mayor eficiencia a temperaturas más bajas (18 °C) de lo que lo hacen las demás bacterias oxidantes de Mn(II) (28 °C). Por este motivo, se consideró enriquecedor utilizar a la misma como un modelo de estudio para poder ampliar los conocimientos acerca de la oxidación biológica del metal. Se analizaron distintas condiciones de crecimiento de la bacteria y su capacidad de oxidar Mn(II) en cada una de ellas, pudiéndose determinar que la misma es capaz de oxidar el metal únicamente en condiciones de crecimiento estático. En esta misma condición, se observó que el crecimiento de la bacteria a 18 °C es estimulado por la presencia de Mn(II), lo cual pudo ser comprobado también mediante técnicas de microscopía confocal. Además, a dicha temperatura la bacteria no sólo presenta una mayor capacidad de oxidar el metal, sino que también el proceso comienza antes que a 28 °C. Estos resultados sugirieron una estrecha conexión entre el proceso de oxidación de Mn(II) con la movilidad celular y con la temperatura de crecimiento de la bacteria. Por otro lado, se realizó un análisis de proteómica a través del cual se pudo demostrar que el crecimiento a 18 °C tiene, en general, un efecto negativo sobre el proteoma de la cepa MOB-449, afectando diversos procesos celulares tales como, el metabolismo de la energía y la movilidad celular. Además, se determinó que la presencia de Mn(II) conduce a un incremento en los niveles de abundancia de diversas proteínas a 18 °C, entre las cuales se destacan los citocromos y citocromos c oxidasas. Estas observaciones sugirieron que, a 18 °C, la bacteria Pseudomonas resinovorans MOB-449 podría recurrir a la oxidación de Mn(II) como fuente de energía para su crecimiento, mediante un mecanismo en el que podrían intervenir citocromos o citocromos c oxidasas. Por último, mediante técnicas de qPCR se determinó que la expresión de genes que codifican para enzimas MCO, se encuentra inducida cuando la bacteria se crece en presencia de Mn(II), indicando que la misma también podría llevar a cabo la oxidación del metal por medio de dichas enzimas.