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REVISTA CON-CIENCIA N°1/VOL. 1 (2013) 85-92
Potencial de cepas fúngicas aisladas en el área de Biotecnología Fúngica.
Primera parte: Uso de hongos en biorremediación
CORRESPONDENCIA: GEORGINA CHÁVEZ LIZÁRRAGA.
INSTITUTO DE INVESTIGACIONES FÁRMACO BIOQUÍMICAS, FACULTAD DE CIENCIAS FARMACÉUTICAS Y BIOQUÍMICAS, UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS, AV. SAAVEDRA 2224. LA PAZ, BOLIVIA.
Abstract
The potential of fungi strains in bior- remdiation that have been isolated in the Intiture of Research Pharmaceutical and Buiochemical (IIFB) is broad, it have been found strains that have been used in re- search at international level, as Bjerkandera sp BOL 13, a fungi isolated in an oil con- taminated effluent, able to degrade polycy- cloic aromatic hydrocarbons. In other side of the country Galerina sp. was isolated, a laccase producing fungi, an enzyme impor- tant in decolorizing processes.
contaminado con aceite en Oruro, con capacidad de degradar varios compuestos hidrocarbonados aromáticos policíclicos.
1 Área de Biotecnología Fúngica. Instituto de Investigaciones Fármaco Bioquímicas. Facultad de Ciencias Farmacéuticas y Bioquímicas.
Biorremediación, Bjerkandera sp BOL 13., compuestos hidrocarbonados aromáticos
policíclicos, lacasas, decoloración.
KEY WORDS
Biorremediation, Bjerkandera sp BOL 13., pylyciclic aromatioc hydrocarbons, laccases, decolorizing.
Bolivia es un país muy rico en biodiversidad, nuestros diferentes ambien- tes geográficos hacen que sea posible encontrar nichos ecológicos con la presencia de microorganismos con características notables. En los diferen- tes viajes de recolección realizados por el Instituto de Investigaciones Fárma- co Bioquímicas (IIFB) se ha logrado colectar una variedad de hongos que han demostrado ser importantes degradadores de compuestos tóxicos, especial- mente los hongos de la podredumbre blanca que producen enzimas lignino- líticas que contribuyen a su capacidad biodegradadora. La actividad biode- gradadora de los hongos puede aprovecharse usando el microorganismo o se pueden aislar sus enzimas. En este review se hace enfásis en los hongos con capacidad de degradación de compuestos recalcitrantes y en degradación de tinturas tipo azo que contaminan los efluentes de agua. El hongo Bjerkankde- ra cepa BOL 13 es sin duda uno de los más mencionados a través del artícu- lo ya que mostró una capacidad impresionante para degradar muchos com- puestos orgánicos tóxicos que van desde colorantes como el Rojo Reactivo 2 y el Azul reactivo 4 hasta pesticidas como el toxafeno. En el caso de enzi- mas usadas para la degradación de tintras tipo azo, la lacasa aislada de Gale- rina sp., un hongo recolectado en la amazonía boliviana mostró ser eficaz en la remoción de tintes y se logró establecer un sistema que permite el recicla- je de la enzima.
Es interesante mencionar que muchas cepas aisladas en el país han sido objeto de estudios no solo a nivel nacional sino internacional. Mucha de la in- formación de este review ha sido colectada de tesis realizadas en la Facultad de Ciencias Farmacéuticas y Bioquímicas y en la Universidad de Lund. Otro punto importante de las investigaciones es que muchas veces se han dado colaboraciones con otras facultades como Ingeniería y Biología, lo que per- mite ampliar el ámbito de estudios, así estudios de genotoxicidad y simula- ciones en campo han hecho posible el extender los estudios iniciales realiza- dos en el IIFB, dándoles mayor impacto.
Los compuestos hidrocarbonados aromáticos policíclicos ( HAPs) están en la lista de contaminantes de prioridad, por su ubicuidad en el medio am- biente, toxicidad, mutagenicidad y carcinogenicidad (Terrazas et al., 2005).
Por lo tanto, se está en una búsqueda permanente para encontrar nuevas for- mas de eliminar estos compuestos.
Una de los método alternativos para degradación de estos compuestos es la biorremediación que se basa en la utilización de microorganismos y su po- tencial metabólico biodegradador para eliminar o transformar los contami- nates del medio en productos inócuos (Alexander, 1999). Los hongos fueron reconocidos como degradadores eficientes de compuestos orgánicos a me- diados de los 80´s (Bumpus et al., 1985) Los hongos de la podredumbre blan- ca, en especial, poseen enzimas oxidativas esenciales para la degradación de lignina y por lo tanto son capaces de degradar HAPs (Pointing et al., 2011).
El potencial de los microorganismos en procesos de biorremediación en Bolivia fue explorado a partir del año 2002 (Chuquimia, 2002), pero no fue hasta el 2004 que se pusó más enfásis al estudio de cepas fúngicas en biorre- mediación, después de colectar muestras en un efluente contaminado con petróleo en Toma-Toma Oruro se aisla una cepa fúngica identificada en ese entonces como Bjerkandera adusta, la misma se acracterizaba por su alta ca- pacidad de consumir antraceno, fenantreno y benzopireno en placas de mi- neral agarizado usando concentraciones de hasta 80 ppm de cada compues- to (Mendoza, 2004).
Posteriormente, se estudiaron otras 5 cepas aisladas tambiénm de Toma Toma en Oruro entre las que se encontraban Botryris, Geotrichum, Pithium, Wardomyces, Verticillium y Bjerkjandera y luego de ser sembradas en medio Poly R-478 se determinó que Bjerkanjdera sp. fue la que presntó el halo más grande decoloración, por lo que fue estudidada a más profundidad, tratando primero de optimizar la producción de enzimas lignilolíticas (Terrazas et al., 2005), para luego comprobar su capacidad de degración en varios compues- tos orgánicos (Tabla 1), con modificaciones en el medio de cultivo, muchas veces superando en porcentajes de degradación incluso a la bien estudiada Trametes versicolor (Terrazas et al., 2005 y Soares et al., 2005).
Tabla 1
Compuestos degradados por Bjerkandera cepa BOL13
Compuesto | Estructura | Degradación (%) | Referencia |
Rojo Reactivo 2 |
| 99 | Axelsson et al., 2006 |
Azul Reactivo 4 |
| 99 | Axelsson et al., 2006 |
Fenantreno |
| 99.9 | Terrazas et al., 2005 |
Toxafeno |
| 85 | Lacayo et al, 2006, Lacayo, 2005 |
Nonilfenol |
| 99 | Soares et al., 2005, Soares, 2005 |
La biorremediación de suelos contaminados con hidrocarburos fue estu- diada en cooperación con el Instituto de Investigaciones de Procesos Quimi- cos (IIDEPROQ), en este estudio se simularon las condiciones del suelo del Altiplano en laboratorio y se evidenció que la cepa fúngica LQG9B demostró degradar el benzopireno y fenantreno en un 79 y 73% respectivamente (On- tiveros, 2011).
La aplicación de colorantes en la industria, (papel, textiles, y otras) cons- tituye un problema creciente tanto para el entorno ambiental como en los procesos de teñido. Los efluentes de la industria textil generalmente termi- nan contaminando los diferentes cuerpos de agua principalmente con tintu- ras azo debido a que este tipo de colorantes son lo más usados por su bajo precio (Chung y Stevens, 1993). Esta clase de colorantes son xenobióticos y su degradación en la naturaleza es bastante díficil ya que son estables a la luz, calor y agentes oxidantes (Leena, R. y Selva, R., 2008). La mayoría de los tra- tamientos físicos y químicos no logran una decoloración total de los efluen- tes o tienen dificultades operacionales o son demasiado caros (Robinson et al., 2001).
Una opción que presenta innumerables ventajas, es el desarrollo de téc- nicas para el uso de agentes biológicos capaces de obtener mejores o simila- res resultados en las industrias, sin tener que influir de manera negativa en el
medio ambiente. La decontaminación de agentes cancerígenos de las aguas residuales derivadas de las industrias, así como la mejora de los procesos de decoloración y teñido, implementado microorganismos o derivados de los mismos, son estrategias que proporcionan mayor rendimiento y fácil aplica- bilidad. En un principio los tratamientos biológicos involucraban solamente bacterias, sin embargo con el pasar de los años llegó a ser aparente la impor- tancia de los hongos en los procesos de degradación de xenobióticos.
El primer hongo que se usó en la decoloración de colorantes tipo azo fue
M. y Libra, J., 2001; Axelson et al., 2006) mostraron ser eficientes como deco- lorantes de tintas.
En Bolivia uno de los primeros estudios usando cepas fúngicas para deco- loración en tintes demostró que Bjerkandera sp. cepa BOL13 (Terrazas, et al., 2005), una cepa almacenada en el cepario del IIFB mostró capacidad de de- coloración sobre los tintes de textiles Red 2 y Blue 4, logrando decolorar estos tintes tanto en medio líquido como en placas lográndose un 99% de decolo- ración para ambos tintes(Tabla 1) (Axelsson et al, 2006; Terrazas, et al., 2005). Otra cepa con potencial en el tratamiento de efluentes contaminados con tinturas azo es la cepa IB105, la misma evaluada en la acción enzimática celu- lolítica sobre telas de algodón. Para tal fin, se elaboró un fermento que per- mitió la liberación de glucosa después del tratamiento enzimático en la tela. Luego de la biocatálisis se evidenció la pérdida de peso en los textiles, con la una pequeña pérdida de coloración (Terrazas et al., 2010 y Torrez et al., 2010). Otros hongos con capacidad de decoloración de tintes estudiados en Bolivia incluyen las cepas fúngicas Coriolopsis polizona MUCL33483, Penicillium sp. MUBA001 y Pycnoporussp. MUBA002 que mostraron capacidad de decolo- ración en el tinte Reactive Black 5 alcando hasta un 90% de decoloración en medio líquido a una temperatura de 25 oC (Salas et al., 2013,2012).
Enzimas fúngicas extracelulares han demostrado tener ventajas sobre el uso del hongo como tal, ya que existen menos limitaciones de transferencia de masa, además el uso de enzimas puede sustituir reacciones que conllevan la emisión de agentes tóxicos para el ser humano y el entorno ambiental, más aún el uso de enzimas ofrece la posibilidad de degradar colorantes en la au- sencia o presencia de mediadores (Ibrahim et al., 2011; Mendoza et al., 2011). La oxidación catalizada por enzimas, (lacasas) es categorizada como “reac- ción verde”, debido a la gran capacidad de remover los contaminantes de las aguas residuales y no ser agentes tóxicos para el entorno ambiental.
Procesos de decoloración se llevaron a cabo en colaboración con la Uni- versidad de Lund (Suecia) usando lacasas aisladas de Galerina sp un hongo de la amazonia boliviana y de Trametes versicolor, obteniéndose los mejores re- sultados con la lacasa de este último, lográndose decoloraciones del 98, 88, 80 y78% para Red FN-2BL, Red BWS, Remazol Blue RR y Blue 4BL, respecti- vamente, algo remarcable de este estudio es que en un reactor de membrana
se logró el repetido uso de la lacasa hasta 9 veces, más aún el reuso de la en- zima puede incrementarse con la adición de EDTA disminuyendo de esta ma- nera los costos del proceso (Mendoza 2011).
Las cepas fúngicas aisladas en el país han demostrado ser altamente efi- cientes en procesos de biorremediación. Si bien se ha logrado identificar mo- lecularmente a Bjerkandera sp. BOL 13, queda pendiente un estudio más a profundidad de sus enzimas lignilolíticas, más aún estudios en una escala ma- yor se hacen necesarios. Enzimas como las lacasas pueden ser encontradas en otros hongos del cepario del IIFB. El estudio de métodos de tamizaje rápido podrá hacer que se acelere el descubrimiento de estas enzimas. Aún existen innumerables cepas que posiblemente puedan usarse en procesos de reme- diación, el trabajo consistirá no solo en colectar nuevas cepas, sino en es- tablecer estrategias que potencien su actividad biodegradadora empezando con modificaciones en medio de cultivo hasta la adición de inductores.
Los autores desean dedicar este minireview a la memoria del Dr. Enri- que Terrazas Siles, impulsor de la investigación en biorremediación en el IIFB usando cepas fúngicas.
sp. strain BOL 13. Enzyme and Microbial Applied and Environmental Microbiolo- Technology. 39:32-37. gy. 56(4): 1114-1118.
