Crecimiento De Microorganismo Degradadores De Hidrocarburos Bajo Condiciones Variadas De PH, O2, T° Y Nutrientes

Crecimiento de microorganismo degradadores de hidrocarburos bajo condiciones variadas de pH, O2, T° y Nutrientes

I. INTRODUCCIÓN

La contaminación por hidrocarburos del petróleo es una problemática de carácter mundial y amplia distribución geográfica, teniendo en cuenta que independiente de la zona afectada (lagos, suelos, zonas freáticas, ríos y playas) por procesos biológicos y físicos, los hidrocarburos tienen como destino final los mares y océanos (Shanidul y Tanaka, 2004, citado en Narváez-Flórez et al, 2008).

Con el fin de contrarrestar los efectos nocivos causados por la presencia del petróleo en los ecosistemas marinos se han desarrollado técnicas físicas, químicas y biológicas que buscan remover el mayor porcentaje del contaminante y disminuir el impacto generado tras un derrame o acumulación progresiva. Entre las diversas técnicas, la biodegradación es considerada actualmente la alternativa menos costosa para transformar contaminantes presentes en diversos ecosistemas, teniendo en cuenta que gran variedad de bacterias cuentan con la maquinaria enzimática para transformar los compuestos xenobióticos persistentes y éstas pueden ser aisladas de lugares donde haya existido una previa exposición al contaminante (Márquez et al., 2001, citado en Narváez-Flórez et al, 2008).

Durante esta práctica de laboratorio, la fuente de los microorganismos fue el suelo de la zona de Servicios Generales de la Universidad Agraria La Molina, debido a que por la presencia de derrame de petróleo, gasolina o biodiesel de los buses presentaba las condiciones adecuadas para favorecer el crecimiento de bacterias degradadoras de hidrocarburos. El estudio se realizó durante toda una semana, en la cual se hizo un seguimiento continuo de la biodegradación del petróleo (única fuente de carbono en el medio) en cada una de las 10 diferentes condiciones a las que el inóculo fue llevado. Esta evaluación cualitativa se realizó macroscópicamente observando los cambios en los medios preparados; así como también a nivel microscópico, en el cual se llevaron a cabo tinciones Gram y observaciones en fresco.

II. OBJETIVOS

• Identificar las condiciones de pH, O2, Tᵒ y Nutrientes bajo las cuales se favorece la biodegradación de petróleo y biodiesel por medio de bacterias.

• Contrastar la presencia de bacterias tipo Gram positivas y Gram negativas en los diferentes medios de cultivo.

• Identificar a qué tipo pertenecen la mayoría de microorganismos biodegradadores de hidrocarburos.

III. MARCO TEÓRICO

Los hidrocarburos (HC) de petróleo pueden ser divididos en cuatro clases: los saturados, los aromáticos, los asfaltenos (e.g., fenoles, ácidos grasos, cetonas, esteres y porfirinas) y las resinas (piridinas, quinolonas, carbazoles, sulfóxidos y amidas). (Habib Fernando, 2010). El petróleo es un compuesto muy complejo, considerado el contaminante más extendido en la biosfera y en el ambiente marino, por lo tanto un problema global. Representa la mayor fuente energética y la base para la obtención de materias primas para la industria. Su explotación, transporte y refinación generan problemas ambientales, especialmente por derrames accidentales y de prácticas inadecuadas de eliminación de fuentes, como industrias y refinerías de petróleo. (Echeverri et al, 2010).

La fracción aromática del petróleo compuesta por di cíclicos, tri cíclicos y heterocíclicos (naftaleno, antraceno, fenantreno y dibenzotiofeno), conlleva un problema ambiental en aguas y suelos, con gran impacto ecológico y efectos recalcitrantes y tóxicos en los seres vivos, siendo los poliaromáticos y los heterocíclicos los más remanentes, o persistentes, generando como consecuencia efectos a largo plazo sobre las comunidades bentónicas en sedimentos marinos, debido a que su remoción natural es muy lenta (Echeverri et al, 2010).

El estudio de los problemas asociados con la remoción de petróleo, inició entre los años 50 y 70, y se han incrementado en los últimos años. La biorremediación de petróleo es considerada una alternativa económica, versátil, práctica y eficiente comparada con los tratamientos físicos y químicos, debido a que se han aislado bacterias puras y mixtas. Representa una estrategia atractiva y amigable para el ambiente y se centra en el aislamiento de consorcios microbianos con capacidad de degradar petróleo. En los últimos años, la ecología microbiana ha direccionado esfuerzos en determinar cuáles son los microorganismos capaces de adaptarse y de explorar hábitats contaminados; para ello, han sido desarrollados estudios de diversidad, dinámicas poblacionales y de comunidades presentes en suelos contaminados, especialmente aquellas relacionadas con asociaciones de bacterias biodegradadoras (Echeverri et al, 2010).

Los hidrocarburos difieren en su susceptibilidad al ataque microbiano, siendo las tasas de degradación mayores para los saturados, seguido por los aromáticos ligeros, siendo los aromáticos de alto peso molecular y los compuestos polares los que exhiben las tasas más bajas. Los HC se han clasificado en un orden de susceptibilidad al ataque microbiano en forma decreciente así: n-alcanos, alcanos ramificados, aromáticos de bajo peso molecular y alcanos cíclicos. Sin embargo esto no es una regla, ya que esto depende de factores como: concentración del HC, estado físico del HC, la temperatura, oxígeno disuelto disponible, nutrientes como N, P y K, y en menor grado, la salinidad, la presión, actividad del agua y pH (Leahy y Colwell, 1990; citado en Habib Fernando, 2010).

Además, la degradación de HC se realiza solamente en presencia de agua y el crecimiento de los microorganismos degradadores no se efectúa sobre estos compuestos, sino en el agua que los rodea, ya que la mayoría de estos compuestos son solubles en cierto grado, siendo la formación de emulsiones un paso fundamental en el proceso de degradación (Habib Fernando, 2010).

Estado físico del HC:

La dispersión de hidrocarburos en el agua en forma de aceite-en-agua emulsiones aumenta el área de superficie del aceite y por lo tanto su disponibilidad para el ataque microbiano. La formación de emulsiones a través de la producción y liberación microbiana de biosurfactantes es un proceso importante en la absorción de hidrocarburos por bacterias y hongos.

Broderick y Cooney, citado en Leahy y Colwell. 1990, informaron que el 96% de los hidrocarburos que utilizan las bacterias aisladas de lagos de agua dulce fueron capaces de emulsionar queroseno, y se ha observado que cultivos mixtos de bacterias del suelo y del mar que degradan efectivamente petróleo crudo también muestran una fuerte actividad emulsificante

Concentración de Hidrocaburos:

Las tasas de captación y la mineralización de muchos compuestos orgánicos por poblaciones microbianas en el medio ambiente acuático son proporcionales a la concentración del compuesto, generalmente se adapta a la cinética de Michaelis-Menten. La cinética Micaeliana se ha demostrado para la absorción y la oxidación microbiana de tolueno, un hidrocarburo aromático de bajo peso molecular con relativamente alta solubilidad en agua, sin embargo, esto no puede aplicarse a hidrocarburos más insolubles (Leahy y Colwell. 1990).

Las tasas de mineralización de los hidrocarburos aromáticos de alto peso molecular, tales como naftaleno y fenantreno, están relacionados con solubilidades acuosas en lugar de las concentraciones de sustrato totales. Así, la degradación microbiana de largas cadenas de Alcanos (12 ≤ C) es una función del área de superficie disponible de hidrocarburos para la emulsificación o apego físico por las células.

Fusey y Oudot, mencionado en Leahy y Colwell. 1990, informaron de que la contaminación de la orilla del mar con petróleo crudo por encima de una concentración umbral previno la biodegradación del aceite debido a la limitación de oxígeno y / o nutrientes. Es probable que la alta concentración de petróleo tenga efectos negativos en las tasas de biodegradación realizadas por los microorganismos.

Temperatura:

La temperatura influye en la biodegradación de petróleo por su efecto sobre: la naturaleza física y composición química del aceite, la tasa de metabolismo de hidrocarburos por microorganismos, y la composición de la comunidad microbiana. A bajas temperaturas, la viscosidad de del petróleo aumenta, la volatilización de alcanos de cadena corta tóxicos se reduce, y su solubilidad en agua se incrementa, lo que retrasa el inicio de la biodegradación. Las tasas de degradación generalmente son menores con la disminución de la temperatura, lo que se cree que es un resultado principalmente de la disminución de las tasas de actividad enzimática, o el efecto "Q10". Las temperaturas más altas aumentan las tasas de metabolismo de hidrocarburos a un máximo, típicamente en el intervalo de 30 a 40 ° C, por encima del cual se incrementa la toxicidad de los hidrocarburos sobre la membrana. Existen bacterias termófilas que degradan alcanos, sin embargo (Leahy y Colwell. 1990).

Oxígeno:

Los pasos iniciales en el catabolismo de los hidrocarburos alifáticos, cíclicos, y aromáticos por bacterias y hongos implican la oxidación del sustrato por oxigenasas, para el cual se requiere oxígeno molecular. Por lo tanto, condiciones aeróbicas son necesarias para esta ruta de oxidación microbiana de los hidrocarburos en el medio ambiente. La concentración de oxígeno ha sido identificada como la variable limitante de la velocidad en la biodegradación de petróleo en el suelo y de la gasolina en el agua subterránea. La degradación

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