Biodegradación de hidrocarburos aromáticos policíclicos en sedimentos costeros de la patagonia

DIONISI, H.M.

Buenos Aires

Otro; 2da Reunión Ciencia, Tecnología y Sociedad; 2006

Museo Argentino de Ciencias Naturales Bernardino Rivadavia

Los microorganismos cuentan con una extraordinaria capacidad para adaptarse y prosperar en prácticamente todas las condiciones ambientales de la tierra, y presentan una versatilidad bioquímica que los hace capaces de utilizar los sustratos más tóxicos por medio del uso de enzimas, surfactantes, e ingeniosos mecanismos de resistencia para sobrevivir (1). El inmenso potencial metabólico de los microorganismos puede ser explotado para la limpieza de ambientes crónicamente contaminados y para la recuperación de ecosistemas luego de derrames accidentales, por medio de la biorremediación. A pesar de su menor costo en comparación con métodos físicos de eliminación de sustancias contaminantes y de los numerosos ejemplos de aplicaciones exitosas de esta tecnología, la biorremediación aún no constituye el método de remediación más utilizado, siendo considerada poco confiable (2). Hace más de una década, Tiedje (3) propuso realizar un cambio de enfoque en el estudio de la biorremediación, enfatizando los principios ecológicos que gobiernan este proceso, en lugar de la perspectiva dominante en donde la comunidad microbiana es considerada como una “caja negra”. Para el desarrollo de esta tecnología se necesitaría: (a) explorar la diversidad genética de las poblaciones microbianas involucradas en la degradación de sustancias contaminantes, (b) desarrollar herramientas que permitan identificar y monitorear las poblaciones bacterianas importantes para el proceso de biorremediación, y (c) identificar qué factor está limitando el crecimiento y actividad de estas poblaciones microbianas naturales. Los avances recientes en técnicas de microbiología ambiental molecular son de gran ayuda para estudiar los principios ecológicos claves que gobiernan la biodegradación in situ de sustancias contaminantes. Estas técnicas, aunque no se encuentran completamente libres de dificultades y sesgos (4), permiten independizarse de las limitaciones existentes para el cultivo de microorganismos. En el Laboratorio de Microbiología Ambiental del Centro Nacional Patagónico (CENPAT-CONICET) estamos estudiando la diversidad de microorganismos degradadores de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) en sedimentos costeros de la Patagonia, utilizando técnicas moleculares. Debido a su naturaleza lipofílica, los HAPs (moléculas con dos o más anillos aromáticos fusionados) tienden a bioacumularse en la cadena alimentaria, y pueden ser altamente tóxicos, mutagénicos y carcinogénicos. Para estudiar la diversidad de las bacterias degradadoras de HAPs, estamos amplificando genes de enzimas dioxigenasas que participan en el primer paso de la degradación de estos compuestos, utilizando como templado el ADN purificado a partir de sedimentos costeros. Debido a la gran diversidad que presentan estos genes catabólicos, diseñamos distintos pares de cebadores para cada tipo conocido de dioxigenasa, a partir de regiones conservadas de secuencias de estos genes presentes en las bases de datos. Además, seleccionamos de la literatura cebadores que nos resultan de utilidad para esta caracterización (5). Clonamos los productos de amplificación, generando de esta forma distintas bibliotecas de genes catabólicos para cada muestra estudiada. Finalmente, analizamos las secuencias de los clones de estas bibliotecas utilizando distintas herramientas bioinformáticas. Hasta el momento, el estudio de la diversidad genética de las poblaciones bacterianas degradadoras de compuestos poliaromáticos en sedimentos costeros de la Patagonia ha resultado en la identificación de seis tipos diferentes de secuencias. Dos de ellas, ambas identificadas en sedimentos de la ciudad de Ushuaia, presentaron porcentajes de identidad de sus secuencias deducidas de aminoácidos de sólo entre el 60 y el 66% con dioxigenasas previamente identificadas. Debido a que ambos tipos de secuencias presentan regiones conservadas que identifican a subunidades alfa de dioxigenasas bacterianas, estas secuencias representarían nuevas clases de dioxigenasas, aún no caracterizadas. Estos resultados muestran el gran vacío de información que existe aún sobre la biodegradación de HAPs en el medio ambiente marino. Además, se identificaron en los sedimentos cuatro tipos de secuencias de dioxigenasas que presentan una alta homología con genes ya descriptos. El primero de ellos corresponde a genes de dioxigenasas similares al gen phnAc de las bacterias terrestres Alcaligenes faecalis AFK2, Burkholderia sp. Ch1-1, Ch3-5, Cs1-4 y Eh1-1. Este tipo de secuencias se detectó en la mayoría de los sedimentos analizados, inclusive en muestras en las que no se ha encontrado contaminación por HAPs, como regiones prístinas de Península Valdez. Otro tipo de dioxigenasa clonada a partir de sedimentos costeros de la Patagonia presenta altos porcentajes de similaridad con el gen phnA1 de bacterias marinas del género Cycloclasticus, previamente identificadas en las costas de Japón y Estados Unidos (Figura 1). Además, se detectó en algunas muestras de sedimento el arquetípico gen de la subunidad grande de la enzima naftaleno dioxigenasa del género Pseudomonas (nahAc), y genes de tipo nagAc, similares a los encontrados en la bacteria Ralstonia sp. U2. La información obtenida será utilizada para el desarrollo de herramientas moleculares que permitirán determinar la abundancia relativa de estos distintos tipos de genes catabólicos, y su importancia para el proceso de biorremediación intrínseca de HAPs en sedimentos costeros de la Patagonia. Fuentes de Financiamiento: Fundación Antorchas, PADI Foundation, ANPCyT, CONICET y Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable. Referencias: 1.       Wellington, E. M. H., and Larkin, M. J. (2004) Curr. Opin. Microbiol. 7, 203-205. 2.       Philip, J. C., Bamford, S. M., Singleton, I., and Atlas, R. M. (2005) in Bioremediation: Applied microbial solutions for real-world environmental cleanup (Atlas, R. M., and Philip, J., Eds.) pp 1-48, ASM Press, Washington, D.C. 3.       Tiedje, J. M. (1993) in In Situ Bioremediation: When does it work? (Council, N. R., Ed.), National Academy Press, Washington, D.C. 4.       Forney, L. J., Zhou, X., and Brown, C. J. (2004) Curr. Opin. Microbiol. 7, 210-220. 5.       Wilson, M. S., Bakermans, C., and Madsen, E. L. (1999) Appl. Environ. Microbiol. 65, 80-87.