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títuloFacultad de Ciencias Ambientales
fecha de publicación02.02.2016
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Universidad Internacional SEK

Facultad de Ciencias Ambientales

Biotecnología

Tema: Biodegradación aeróbica de Bifenilos Policlorados (PCBs)

MARIA ELENA MERIZALDE M.

“BIOPROCESO”

  1. TITULO:

Biodegradación.

  1. TEMA:

Biodegradación de Bifenilos Policlorados (PCBs) mediante el uso de bacterias aeróbicas (Pseudomonas sp).

  1. PROBLEMA:

Biomagnificación y bioacumulación en los niveles tróficos dentro de la cadena alimenticia, su acumulación ha causado varios efectos en la salud de los organismos que han sido expuestos. (ATSDR, 1990, 2000).

  1. INTRODUCCIÓN:

Los bifenilos policlorados se produjeron comercialmente en los Estados Unidos desde 1929 hasta 1977, cuando se dejaron de manufacturar. (Aguilar, 2005). Los bifenilos policlorados son compuestos sintéticos que han sido ampliamente utilizados principalmente en aceites de transformadores y condensadores debido a su baja presión de vapor, baja inflamabilidad, estabilidad térmica y química, entre otras. Sin embargo, estos compuestos son altamente tóxicos, se acumulan en tejidos adiposos y se adhieren fuertemente a matrices orgánicas tales como el suelo, producto de su hidrofobicidad. (De Giorgis et. al., 2003).

Ante la preocupación que existe sobre el impacto de estos contaminantes muchos países industrializados han empezado a tomar medidas con respecto a la erradicación del uso y manejo de los PCBs. Sin embargo, en algunos países, aún se utilizan productos que contiene este contaminante, por ejemplo en el Ecuador en el año 2006 se realizó un inventario nacional y se encontró 6000 toneladas de aceite dieléctrico que contiene bifenilos policlorados proveniente de los transformadores eléctricos.

La eliminación de los PCBs en el medio ambiente depende del grado de cloración del bifenilo. En general, la persistencia de los PCBs aumenta con el grado de cloración. Los procesos utilizados con mayor frecuencia son los métodos físicos, químicos y biológicos, de ellos los de empleo más común son la incineración y la desorción térmica, este último utilizado para el tratamiento de suelos contaminados con PCBs.

La biodegradación es uno de los tratamientos que se utilizan para reducir la presencia de los PBCs en el ambiente. La transformación de los PBCs se realiza por dos procesos: aerobio y anaerobio. (Aguilar, 2005).


  • Aerobio: Atacan oxidativamente, rompiendo el anillo y destruyendo los compuestos.

  • Anaerobio: Remueven los cloros del anillo bifenílico sin afectar la estructura del bifenilo (decloración).


También se ha propuesto la combinación de ambos procesos para una degradación más eficiente, en donde el tratamiento inicial es el proceso anaerobio que transforma los compuestos altamente clorados en PCBs menos clorados y finalmente para su completa degradación se emplean las bacterias aeróbicas. La mayoría de bacterias aerobias capaces de degradar productos químicos tóxicos pertenecen a los géneros de las Pseudomonas, Alcaligenes, Acinetobacter. (Evans, 1996)

El presente trabajo está orientado a demostrar la degradación de Aroclor 1242 por Pseudomonas sp., investigación realizada por Vásquez y Reyes en el 2002. El Aroclor 1242 es un PCBs y forma parte de numerosos compuestos que son usados en diversas actividades humanas, tales como la industria de pinturas, lubricantes, asfalto, agricultura. Presenta alta persistencia en el ambiente y toxicidad para el hombre y los animales. El presente trabajo está orientado a demostrar la degradación de Aroclor

  1. JUSTIFICACIÓN:

Aproximadamente 1.5 millones de toneladas de PCBs fueron producidos comercialmente a nivel mundial desde 1929 hasta 1979. De la producción total se estima que 750.000 toneladas han sido liberadas al ambiente y una cantidad no determinada de PCBs está presente en equipos eléctricos todavía en servicio (U.S. EPA, 1997; HELCOM, 2001; Mondello, 2002).

En la actualidad, las fuentes potenciales de contaminación ambiental incluyen liberaciones directas o accidentales de equipos eléctricos en servicio o almacenaje y emisiones de sitios contaminados con PCBs. Por lo tanto, los efectos de la contaminación del medio ambiente, sus causas y las consecuencias de la exposición de los sistemas biológicos a agentes nocivos es lo que motiva a la investigación de tecnologías más efectivas, rápidas y ecológicas para recuperar suelos contaminados. Los procesos biológicos son una alternativa para el tratamiento de bifenilos policlorados en suelos contaminados.

Si se toman en cuenta los efectos contaminantes de los bifenilos policlorados y el riesgo potencial que estos implican para el organismo humano por su incorporación a través de la cadena alimenticia, se comprende la importancia de poder encontrar la metodología más eficiente que puede aminorar los problemas causados por la bioacumulación y biomagnificación de estos contaminantes.

  1. OBJETIVOS

Objetivo General:

Demostrar que el proceso aerobio empleando Pseudomonas sp es una alternativa eficiente para la degradación de PCBs.

Objetivos Específicos:

  • Realizar una caracterización de la bacteria que interviene en el proceso.

  • Determinar los puntos críticos.

  • Determinar la metodología más apropiada para la biodegradación de los PCBs.


  1. MARCO TEÓRICO

VARIABLES DEPENDIENTES:
BIFENILOS POLICLORADOS (PCB)
Descripción:

Los bifenilos policlorados (PCBs) son compuestos aromáticos sintéticos compuestos de la estructura de bifenilo, es decir dos anillos de benceno enlazados entre sí, y que están clorados en diversos grados. La fórmula química de los PCBs es C12 H(10-n) Cln , en la que n representa el número de átomos de cloro. Existen 209 combinaciones posibles, dependiendo de las sustituciones de cloro que tenga su estructura química, las cuales pueden variar entre 1 a 10 átomos.

Los PCBs forman un grupo de 209 congéneres, dependiendo de las sustituciones de cloro que tenga su estructura química, las cuales pueden variar entre 1 a 10 átomos de cloro. Los PCBs pueden tener sustituciones de cloro en la posición para, meta y orto, tal como se muestra en la figura 1, siendo esta última la más difícil de degradar biológicamente (De Giorgis et. al., 2003).


Figura 1. Estructura química de los PCBs
Los bifenilos policlorados (PCBs) son compuestos sintéticos que han sido ampliamente utilizados principalmente en aceites de transformadores y condensadores debido a su baja presión de vapor, baja inflamabilidad, estabilidad térmica y química, entre otras. Sin embargo, estos compuestos son altamente tóxicos, se acumulan en tejidos adiposos y se adhieren fuertemente a matrices orgánicas tales como el suelo, producto de su hidrofobicidad.
Los bifenilos policlorados poseen baja conductividad eléctrica y alta resistencia térmica, siendo estas las bases para que se utilicen como líquidos aislantes en los equipos eléctricos. Los PCBs presentan una estabilidad térmica en un rango de temperatura de 170 – 380°C. Sin embargo, los PCBs sufren descomposición térmica y son transformados a dibenzodioxinas policlorados (PCDDs) y dibenzofuranos policlorados (PCDFs) en un rango de temperatura de 400-1000 °C. (Portero, 2007).
Transformación ambiental
La transformación ambiental de PCBs incluye procesos químicos y biológicos. El proceso de transformación en el suelo y sedimentos es la biodegradación en condiciones aerobias y anaerobias. En ambientes acuáticos son fotólisis, hidrólisis y oxidación. El proceso de transformación ambiental es altamente variable y depende de la concentración y el tipo de congénere de PCB (Portero, 2007).


Producción
Los PCB poseen magníficas propiedades dieléctricas, longevidad, incombustibilidad y son resistentes a la degradación térmica y química. Por esta razón, antes de que se prohibieran en los países, se fabricaban para utilizarlos en equipo eléctrico, intercambiadores de calor, sistemas hidráulicos y distintas aplicaciones especializadas de otra índole. El principal período de fabricación tuvo lugar entre 1930 y finales del decenio de 1970 en los Estados Unidos de América; hasta 1974 en China (Organismo Estatal de China para la Protección del Medio Ambiente, 2002); hasta principios del decenio de 1980 en Europa y hasta 1993 en Rusia (Programa de Vigilancia y evaluación del Ártico, 2000); y entre 1954 y 1972 en el Japón. Los PCB se fabricaban en forma de mezclas de congéneres, por ejemplo, en la forma de cloración progresiva de lotes de bifenilo hasta que se alcanzaba determinado porcentaje ponderal preestablecido de cloro. Muy pocas veces se utilizaban los PCB de máxima concentración que se fabricaban. Por ejemplo, se les añadía en pequeñas cantidades a la tinta, los plásticos, la pintura y el papel carbón o se utilizaban en formulaciones de PCB de hasta 70% en el líquido para maquinaria hidráulica, transformadores y calentadores. A temperatura ambiente, la mayoría de ellos son líquidos oleosos o sólidos cerosos.

Entre los nombres comerciales más conocidos de los productos que contienen PCB figuran los que se enumeran a continuación: Apirolio (Italia), Aroclor (Estados Unidos), Clophen (Alemania), Delor (Checoslovaquia), Elaol (Alemania), Fenchlor (Italia), Kanechlor (Japón), Phenoclor (Francia), Pyralene (Francia), Pyranol (Estados Unidos), Pyroclor (Estados Unidos), Santotherm (Japón), Sovol (URSS), Sovtol (URSS)

La producción mundial acumulada de PCBs se ha calculado en 0,75 a 2 millones de toneladas.

Utilización
Los PCB se utilizaron en una variedad muy amplia de aplicaciones industriales y de consumo. La Organización Mundial de la Salud calificó esos usos de completamente cerrados, nominalmente cerrados y abiertos (IPCS, 1992). Entre esos usos figuran: Sistemas completamente cerrados: Transformadores eléctricos, Condensadores eléctricos (incluidas las reactancias de lámparas fluorescentes), Interruptores, relés y otros accesorios eléctricos, Cables eléctricos, Motores eléctricos y electroimanes (cantidades muy pequeñas), Sistemas nominalmente cerrados: Sistemas hidráulicos; Sistemas de transmisión de calor (calentadores, intercambiadores de calor); Sistemas abiertos: Plastificante en cloruro de polivinilo, neopreno y otros cauchos artificiales, Ingrediente en pinturas y otros materiales de recubrimiento; Ingrediente en tintas y papel de autocopia; Ingrediente en adhesivos; Aditivos de plaguicidas; Ingrediente en lubricantes, materiales de sellado y de calafateo.

Si bien se define el uso en los transformadores eléctricos que contienen PCB como una aplicación “completamente cerrada”, las prácticas industriales hicieron que los PCB pasaran a otros tipos de equipo, lo que creó puntos de contacto adicionales con el medio ambiente. Una práctica común era la de rellenar o recargar con PCB los transformadores que no contenían PCB (aceite mineral) cuando no se disponía de otro fluido.
Toxicología de PCBs
Los PCBs generalmente se biomagnifican y bioacumulan en los niveles tróficos dentro de la cadena alimenticia. Los bifenilos tienden a acumularse en los tejidos grasos de los organismos que han estado expuestos y pueden ser causas de varios efectos en la salud. (Portero, 2007).
Las exposiciones agudas de PCBs en el humano pueden producir erupciones cutáneas, cloracné, purito y quemaduras, irritación de ojos, cambios pigmentarios en piel y uñas, irritación del tracto respiratorio, nerviosismo y fatiga.
Límites permisibles de bifenilos policlorados
Los materiales que contienes PCB´s son clasificados de acuerdo a la concentración de PCB´s presente (Kuckuck, 2000).
PCB puro > 500 ppm

Contaminado con PCB entre 5 y 500 ppm

Sin contaminación de PCB < 5 ppm
Aroclor

Los fluidos de BPCs cuentan con distintos grados de cloración, los cuales dependen de su aplicación, debido a las propiedades de la mezcla. Por ejemplo, el Aroclor 1242 significa que se trata de un bifenilo con doce átomos de carbono y con un contendido de cloro de 42%, mientras que el Aroclor 1260 contiene 60% de cloro.
VARIABLES INDEPENDIENTES
Las técnicas de tratamientos de residuos sólidos consisten en la aplicación de procesos químicos, físicos o biológicos a desechos peligrosos o materiales contaminados a fin de cambiar su estado en forma permanente. Estas técnicas destruyen contaminantes o los modifican a fin de que dejen de ser peligrosos, además pueden reducir la cantidad del material contaminado presente en un lugar, retirar el componente de los desechos que los hace peligrosos o inmovilizar el contaminante en los desechos (U.S. EPA, 1993).

Remediación de suelos y sedimentos contaminados con bifenilos policlorados
Las técnicas de tratamientos de residuos sólidos consisten en la aplicación de procesos químicos, físicos o biológicos a desechos peligrosos o materiales contaminados a fin de cambiar su estado en forman permanente. Estas técnicas destruyen contaminantes o los modifican a fin de que dejen de ser peligrosos, además pueden reducir la cantidad del material contaminado presente en un lugar, retirar el componente de los desechos que los hace peligrosos o inmovilizar el contaminante en los desechos (Portero, 2007).
Procesos químicos y físicos


  1. Incineración


Este proceso ha sido utilizado con éxito para la descontaminación de sedimentos y suelos que contienen PCBs. La incineración ocurre en un horno rotatorio y opera a 1200-1500 °C, lográndose la destrucción de todos los contaminantes orgánicos sin residuos secundarios. Sus desventajas fundamentales son las emisiones gaseosas que se generan durante la combustión de los desechos y el alto costo de los incineradores.


  1. Extracción con solvente


Es una técnica de tratamientos que consiste en usar un solvente orgánico para separar o retirar contaminantes orgánicos peligrosos de fangos residuales, sedimento o suelo. Este método no destruye los contaminantes sino que los concentra para que sea más facil reciclarlos o destruirlos con otra técnica.


  1. Solidificación o Estabilización


La solidificación o estabilización química, es otra técnica tradicional de disposición final de desechos sólidos en el cual, siguiendo un proceso de neutralización, desintoxicación u otro proceso físico – químico, se logra reducir el volumen del desecho. Mediante este proceso se obtiene un sólido apropiado para ser depositado en rellenos de tierra, eliminándose el riesgo de la contaminación por infiltraciones del contaminante.


  1. Deshalogenación química


Es un proceso mediante el cual se logra la degradación de los contaminantes del suelo por reacciones químicas. Frecuentemente se trata de reacciones de oxidación de los compuestos orgánicos.


Procesos biológicos
El tratamiento biológico de suelos contaminados involucra el uso de microorganismos y/o vegetales para la degradación de los contaminantes orgánicos. La actividad biológica altera la estructura molecular del contaminante y el grado de alteración determina si se ha producido biotransformación o mineralización. La biotransformación es la descomposición de un compuesto orgánico en otro similar no contaminante o menos tóxico, mientras que la mineralización es la transformación a dióxido de carbono, agua y otros compuestos celulares. (Portero, 2007).
La destrucción metabólica de PCB´s mediada por la microbiota bacteriana autóctona de una zona contaminada es una alternativa para recuperar suelos contaminados. Los microorganismos degradan los contaminantes a compuestos inocuos o de menos toxicidad para que puedan ser fácilmente reintroducidos en los ciclos biogeoquímicos de la tierra.

La velocidad del metabolismo microbiano y por lo tanto la biodegradación está condicionada por múltiples factores: Tipo de microorganismos presentes en el medio, las condiciones del compartimiento contaminado (humedad, temperatura, pH, disponibilidad de nutrientes, fuentes alternativas de carbono), la concentración y la toxicidad del contaminante. (Portero, 2007).
Biorremediación de suelos contaminados con PCBs a través de bacterias
El primer reporte de biodegradación de PCBs fue publicado por Ahmed y Focht (1973), con dos cepas de Achromobacter. Son muy numerosas las publicaciones en las que se hace referencia a bacterias Gram negativas y Gram positivas capaces de sobrevivir e incluso degradar una amplia variedad de congéneres de bifenilos policlorados. (Portero, 2007).
Furuwaka concluyó que la degradación disminuye mientras el número de cloros incrementa. Resultados similares obtuvo Clark, et al (1979) que observó la degradación de congéneres con cultivos mixtos que incluyen principalmente especies del género Alcaligenes. (Portero, 2007).

Furuwaka, et al. (1978) evidenció un patrón usual de la degradación de los congéneres puros de PCBs relacionado con la estructura de PCBs. Por lo tanto Furuwaka concluyó que la degradación disminuye mientras el número de cloros incrementa, obteniendo resultados similares Clark, et al (1979) que observó la degradación de congéneres con cultivos mixtos que incluyen principalmente especies del género Alcaligenes. (Portero, 2007).

Los resultados de Furuwaka et al (1978) y Clark, et al (1979) fueron consistentes con los obtenidos de la degradación de congéneres de mezclas comerciales de PCBs. Tucker et, al (1975) y Kaneko et al (1976) analizaron la degradación de Aroclor 1221, 1242 y 1254; evidenciando que el Aroclor 1221 y 124, formados principalemente por di, tri y tetraclorobifenilos fueron rápidamente degradados, y que el Aroclor 1254 fue parcialmente degradado.
La biorremediación de suelos contaminados con PCBs puede llevarse a cabo mediante bacterias anaerobias y aerobias, las cuales pueden actuar en forma individual o en consorcio. Existen procesos solamente anaerobios, aerobios o mixtos. (De Giorgis et. al., 2003).
Vía de degradación de Bifenilos Policlorados
a) Procesos anaeróbicos
Los procesos anaerobios, que tienen un período de duración de aproximadamente 20 semanas, son capaces de reducir el número de cloruros en compuestos altamente clorados. La reducción en el grado de cloración produce compuestos que son más susceptibles a la degradación aerobia, la que degrada congéneres medianamente clorados (6). (De Giorgis et. al., 2003).
Estudios con gránulos anaerobios, formados por bacterias sintrópicas, acetogénicas y metanogénicas, han demostrado que éstos son capaces de degradar congéneres en las posiciones orto, meta y para, alcanzándose porcentajes de remoción de hasta un 70%. Con tales estudios, se ha comprobado que los gránulos anaeróbicos tienen características de tolerancia al oxígeno y capacidad para degradar a temperatura ambiente, que los hacen convenientes para ser utilizados en biorremediación in situ de ambientes contaminados por PCBs (7). (De Giorgis et. al., 2003).

En este proceso los PCBs actúan como donadores de electrones, y el cloro es liberado como subproducto, es empleado por los microorganismos como un aceptor final de electrones, involucrando la adición del electrón al enlace cloro carbono, seguido por la perdida del cloro y del hidrogeno, el compuesto del cual el hidrógeno es eliminado es desconocido. (Abramowicz, 1990). (Fig. 2)

Figura 2. Posible mecanismo de decloración reductiva de PCBs


b) Procesos aeróbicos
Los PCBs son relativamente resistentes a la biodegradación, sin embargo se ha aislado un amplio rango de bacterias capaces de degradar PCBs. Estas bacterias poseen los genes bphA, bphB, bphC, bphD que codifican las enzimas involucradas en la degradación aerobia de PCBs (Lee, 1997).
En la mayoría de los casos, el proceso enzimático es referido a la vía bifenil (bph). La vía bph involucra cuatro enzimas específicas, bifenil-2,3 dioxigenasa (BphA), 2,3-dihidro-2,3-dihidroxibifenil-2,3 deshidrogenasa (BphB), 2, 3-dihidroxibifenil -1,2 dioxigenasa (BphC) y 2-hidroxil-6-oxo-6-fenilhexa-2,4-ácido dienoico hidrolasa (BphD). Las enzimas involucradas actúan secuencialmente en la degradación oxidativa de PCBs en clorobenzoatos y 2-hidroxipenta – 2,4 – dienoate. El producto 2 – hidroxipenta -2,4 – dienoate es convertido en acetaldehído y piruvato. (Liden y Sun, 2004).
Figura 3: Vía de degradación por PCBs por bacterias anaeróbicas
Se han clonado los genes bph responsables de la degradación de PBCs en una gran variedad de bacterias.
Biodegradación combinada

Evans en 1996 propuso la combinación de un proceso anaerobio, con uno aerobio ya que podría aumentar la transformación de los PCBs. El tratamiento anaerobio inicial convierte a los compuestos altamente clorados a PCBs menos clorados. Estos últimos serán atacados por los microorganismos aerobios para su completa degradación (Evans et al., 1996).

En 1996, Evans y colaboradores, propusieron realizar primero una decloración anaerobia al aidicionar organismos aislados de los sedimentos del río Hudson contaminado con PCBs a un suelo con un bajo contenido de carbono orgánico contaminado con Aroclor 1248. Posteriormente airearon el suelo y le adicionaron bifenilo para inocularlo con Pseudomonas sp. LB400 y realizar una proceso aerobio. Se encontró una reducción de PCBs del 70% en el proceso secuencial, obteniendo productos con pocos cloros y con un tiempo de vida media corto.
Degradación del Aroclor mediante Pseudomonas

Según Golovleva et al. (1990), las Pseudomonas son las bacterias más eficientes en la degradación de compuestos tóxicos. La capacidad de estas bacterias para degradar estos compuestos depende del tiempo de contacto con el compuesto, las condiciones ambientales en las que se desarrollen y su versatilidad fisiológica.

Bioreactor

Biorreactores que sirven para el desarrollo de los cultivos. Aseguran un ambiente uniforme y adecuado para los microorganismos. Mantienen la temperatura estable. Suministran oxígeno a una velocidad que satisfaga el consumo. El Biorreactor tipo “air lift” el mezclado se realiza mediante la inyección de aire.


  1. MARCO METODOLÓGICO


Caracterización del contaminante

La biodegradación de los PCBs depende del grado de cloración del bifenil. Las bacterias aeróbicas degradan de manera eficaz los bifenilos monoclorados, diclorados, triclorados y tetraclorados. En el caso de biorremediación aeróbica, los mejores resultados se han obtenido en suelos contaminados y sedimentos moderadamente contaminados (20 a 700 de PCB / kg), en donde el nivel de contaminación disminuye de un 40-75%.

Caracterización de la flora

Las Pseudomonas sp. han sido ampliamente utilizadas. Su metabolismo es respiratorio, generalmente aerobio. Presentan una versatilidad metabólica debido a su capacidad de utilizar como fuente de carbono substratos muy variados. Las bacterias que son capaces de degradar PCBs poseen genes bphA, bphB, bphC, bphD, que codifican las enzimas involucradas en la vía de degradación aerobia.

Material y Métodos

En este trabajo se presenta la metodología más eficiente que de acuerdo a consulta bibliográfica se utiliza para la degradación de PCBs mediante Pseudomonas sp. Esta bacteria en comparación con otras tiene el mayor índice de degradación.

a) Preparación del inóculo

Cada uno de los cultivos de Pseudomonas sp se sembró en placas petri con agar común mediante el método en superficie y se incubó a 37ºC por 24 horas. Después se realizó la cosecha bacteriana con 5 ml de solución salina fisiológica en tubos de ensayo. Finalmente se hicieron diluciones hasta alcanzar una concentración de 106 bacterias por ml que es el inóculo bacteriano.

b) Inoculación al biorreactor

Se inoculó 1 ml de inóculo bacteriano a un biorreactor tipo Air Lift de 250 ml de capacidad. Colocando 100 ml de Medio Mínimo de Sales (MMS) más 1 mg de Aroclor 1242. Se puso en funcionamiento el biorreactor, por un período de 7 días, teniendo en cuenta los siguientes parámetros: pH 7.0, aireación (60 cm3/min) y temperatura ambiente. 

c) Recuento de unidades formadoras de colonia (UFC)

Se tomaron muestras de 1 ml de caldo de cultivo a los tiempos 0, 2, 4, 8, 12, 14, 24 y 30 horas con los que se hicieron las diluciones respectivas (Esquivel y Hyaccha, 1996). De cada "dilución de siembra", se tomó 1 ml de muestra y se sembró por el método de incorporación en placa utilizando agar cuenta gérmenes (PCA) por duplicado. Las placas se incubaron a 37ºC por 24 a 48 horas, al término de los cuales se hizo el recuento de las unidades formadoras de colonias.

 d) Obtención de la curva de crecimiento bacteriano

Con los recuentos de las unidades formadoras de colonias versus tiempo se obtuvo la curva de crecimiento para cada cultivo a partir del cual se calculó la fase logarítmica media de cada uno de los cultivos.

e) Determinación de la capacidad de degradación de Aroclor 1242

Una vez conocida la fase logarítmica media de cada uno de los cultivos se repitió la parte a y b para la determinación de la curva de crecimiento bacteriano a partir del cual se tomó 1 ml de muestra en la fase logarítmica media y se inoculó a otro biorreactor tipo Air Lift conteniendo 100 ml de MMS más 1 mg de Aroclor 1242 bajo las siguientes condiciones: pH 7,0, aireación (60 cm3/min), por un período de 7 días a temperatura ambiente, al término de los cuales se realizó la cuantificación de Aroclor existente en el medio de cultivo.

Cada una de las experiencias realizadas se hizo por duplicado, además se realizó un control con células inactivadas por autoclave a 121 ºC, por 15 minutos.

d) Cuantificación de Aroclor 1242

Al término del período de incubación el cultivo bacteriano fue sometido a un proceso de extracción de Aroclor residual en un embudo de separación de 250 ml de capacidad para lo cual se añadió 10 ml de éter etílico. La muestra se agitó vigorosamente con el propósito de extraer totalmente el Aroclor. Esta etapa se repitió dos veces. La fase orgánica conteniendo el Aroclor se separó en un matraz de destilación de 250 ml y luego se sometió a un proceso de evaporación para recuperar el solvente en un evaporador rotatorio. El residuo conteniendo Aroclor 1242 se diluyó con alcohol metílico y se transfirió a un matraz volumétrico de 50 ml para su cuantificación.

Las lecturas de absorbancia se realizaron en un espectrofotómetro Diode Array UV/VIS HP 8452 a una longitud de onda de 224 nm(Roberts, 1974)(Perkin Elmer, 1992).

Las concentraciones de Aroclor fueron obtenidas de una curva de calibración estándar preparada previamente.

  1. RESULTADOS




CARACTERIZACIÓN DEL BIOPROCESO

Fuente de carbono


PCBs

Grupo microbiano

Pseudomonas – Aerobia


Fuente de energía


PCBs

Donador de electrones


PCBs

Aceptor de electrones


O2

Productos

Ácido benzoico; Ácido pirúvico, Acetaldehído


Tabla 3: Caracterización del Bioproceso

Investigación de Vásquez y Wilson: “Degradación de Aroclor 1242 por Pseudomonas sp”

- Los cultivos 1, 2 y 3 degradaron Aroclor 1242 en cantidades de: 0,9984mg, 0,8940 mg y 0,9838 mg respectivamente a partir de 1mg.

Tabla 1 Cantidad de Aroclor 1242 degradado por cuatro cultivos de Pseudomonas sp

CULTIVOS

Cantidad de Aroclor 1242
Mg


 

Inicio

Término 7 dias

Degradado

1

1.0

0.00152

0,9984

2

1.0

0.10600

0,8939

3

1.0

0.01620

0,9838

Fuente: Vásquez y Wilson, Degradación de Aroclor 1242 por Pseudomonas sp

- La eficiencia y parámetros críticos de este método fueron:

Eficiencia del proceso y parámetros críticos

Eficiencia

96% (promedio de los tres cultivos)

pH

7,0

Temperatura

30°C

Aireación

60 cm3/min

Tiempo de incubación

7 días

Tabla 1: Eficiencia y parámetros críticos método de Vásquez y Wilson



  1. DISCUSIÓN


La degradación de PCBs en el ambiente es un proceso relativamente lento y variable. Por lo tanto la transformación de PCBs a nivel ambiental está influenciada por algunos factores que incluyen concentración de PCBs, tipo de población microbiana, disponibilidad de nutrientes y temperatura (Farrington, 2000).
Es probable que también ocurra volatilización del compuesto a la atmósfera. Una vez que los bifenilos se encuentran en la atmósfera pueden migrar a grandes distancias, en una serie de ciclos de volatilización y deposición, siendo la causa de la contaminación global (Kuckuck, 2000).
De acuerdo a investigaciones realizadas por Patricia Portero Barahona las cepas adaptadas a PBCs corresponde a cuatro géneros: Alcaliges sp., Pseudomonas sp., Sphingomonas sp., y Stenotrophomonas sp. Estos resultados coinciden con los obtenidos de otras investigaciones. Clark et al. (1979) y Bedard et al (1978) seleccionaron especies de Alcaligenes. Furuwaka et al. (1983) caracterizó a Sphingomonas paucimobilis. Barton et al. (1988) y Hayase et al. (1990) identificaron varias especies del género Pseudomonas, capaces de metabolizar diferentes congéneres de PCBs.
Los resultados obtenidos referente al porcentaje de degradación bacteriana de Aroclor 1242 (96%); corroboran investigaciones que evaluaron la degradación de mezclas comerciales de PCBs. Portero (2007) degradación de Aroclor 1254 (0 a 31%) y Aroclor 1260 (6 a 53%) Tucker et al. (1975) demostró que una variedad de Aroclores fueron degradados: Aroclores 1221 y 1242 (90 a 100%) y el Aroclor 1254 parcialmente (50 a 70%).
Las Pseudomonas han desarrollado el potencial genético para el uso de bifenilos policlorados como fuente de carbono y energía en los procesos metabólicos. (Focht,1994). La supervivencia de las Pseudomonas sugiere que poseen la capacidad de utilizar bifenilos policlorados como donadores de electrones, debido a que la fuente de carbono se incluyó en el medio de cultivo (Focht, 1994).
La cepa seleccionada en este estudio coincide con los resultados de investigaciones realizadas por Bedard et al. (1986 y 1987), Gibson et al. (1993), Billingsley et al. (1997) y Seah et al. (2001) que identificaron a especies pertenecientes a los géneros Pseudomonas sp., como especies con excepcional rango de degradación de congéneres de PCBs de Aroclor 1242, 1248 y 1254.



  1. CONCLUSIONES




  • Los tres cultivos degradaron Aroclor 1242 en cantidades de: 0,9984mg, 0,8940 mg y 0,9838 mg., teniendo una capacidad de adaptación y crecimiento en el medio líquido de enriquecimiento suplementado con bifenil policlorado.

  • Los tres cultivos de Pseudomonas sp. degradan de manera efectiva bifenilos con cuatro cloros en su estructura. Estas bacterias pueden ser consideradas aptas para utilizarse en procesos que permitan generar tecnologías de biorremediación para zonas contaminadas con PCBs.

  • El promedio de eficiencia de degradación de PCBs es del 96%.

  • Para una degradación eficiente se deben tomar en cuenta los siguientes parámetros como: pH 7.0, aireación (60 cm3/min) y 21°C (temperatura ambiente).

  • El método de Vásquez y Wilson utilizó un biorreactor tipo Air Lift de 250 ml de capacidad colocando: 100 ml de Medio Mínimo de Sales (MMS) + 1 mg de Aroclor 1242 + 1 ml de solución bacteriana para lo cual obtuvo una porcentaje de biodegradación del 96%. El método de Patricia Portero posterior a la selección de las bacterias capaces de biodegradar PCBs utilizó: 100 ml de Medio Mínimo de Sales + 1 ml de solución bacteriana + 40 mg de Aroclor 1254, 1260 para lo cual obtuvo un porcentaje de biodegradación del 31 – 53%. Esta diferencia de porcentajes de degradación tiene lógica ya que el Aroclor 1242 presenta menor cantidad de cloros, tomando en cuenta que los números 1242, 1254, 1260 representa en primera instancia el número de carbonos (12) y en segunda instancia el porcentaje de cloración. (42, 54, 60).




  1. RECOMENDACIONES




  • Los niveles de degradación obtenidos en laboratorio deberían ser probados en procesos de mayor escala.

  • Para obtener una degradación más completa se debería trabajar con procesos combinados como reactores tipo batch, en donde exista una fase anaerobia y una aerobia.

  • Se deberían realizar más estudios sobre la degradación de PCBs con bacterias anaerobias, para conocer el mecanismo de decloración de los PCBs.


  1. BBLIOGRAFÍA


-ARAOZ, B. y VIALE, A A. Deshalogenación microbiana de bifenilos policlorados en condiciones aeróbicas. Rev. Argent. Microbiol. [online]. ene./mar. 2004, vol.36, no.1 [citado Enero 2009], p.47-51.

Disponible en la World Wide Web: http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S032575412004000100010&lng=es&nrm=iso. ISSN 0325-7541.

-De Giorgis F., Schwarz F., Chamy R., Schiappacasse M. ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTOS BIOLOGICOS PARA LA REMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS CON PCBs EN CHILE. Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Escuela de Ingeniería Bioquímica, Avda. Brasil 2147. XV CONGRESO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL AIDIS – CHILE Concepción, Octubre de 2003 (citado Diciembre 2009).
Disponible en la World Wide Web: http://www.bvsde.paho.org/bvsaidis/chile15/alterna.pdf
-Ruiz Aguilar G. Biodegradación de bifenilos policlorados por microorganismos. Universidad de Guanajuato (Guanajuato – México). Acta Universitaria mayo- agosto año 2005/vol.15 (citado Diciembre 2009) pp 19 – 28.
Disponible en la World Wide Web:

http://redalyc.uaemex.mx/redalyc/pdf/416/41615202.pdf ISSN 0188 -6266
Disponible en la World Wide Web:

http://www.linros-interinsumos.com/Tempo/revista1/degradacion_aroclor_1242.htm

Vásquez María., Reyes Wilson. Degradación de Aroclor 1242 por Pseudomonas sp. Revista No. 2 de la Sociedad Peruana de Gestión Ambiental. Deposito Legal Nº 1301012000-0501 Biblioteca Nacional del Perú. 2002

- Tesis de grado “Selección y adaptación de bacterias aerobias biodegradadotas de PCBs”; Patricia Portero Barahora; Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Quito – 2007.

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