Producción de biosurfactantes bacterianos para su uso en procesos de biotratamiento de efluentes industriales con contenido en metales

• Autores: Barrionuevo, Matías Raúl
• Año de publicación: 2017
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Vullo, Diana L.
• Materia: BIOSURFACTANTES; BIOPELICULAS; SWARMING; QUORUM SENSING; QUORUM QUENCHING; BIOSURFACTANTS; BIOFILMS; SWARMING; QUORUM SESING; QUORUM QUENCHING
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los biosurfactantes son agentes tensioactivos que en la naturaleza son producidos por bacterias, hongos e incluso unas pocas especies de plantas. Su rol en la naturaleza incluye: emulsificación de potenciales nutrientes hidrofóbicos, lubricación para movilidad sobre superficies semisólidas, modificación de las condiciones ambientales durante una infección y mantenimiento de estructuras microbianas complejas tales como las biopelículas. Se ha demostrado que ciertos biosurfactantes pueden emplearse en procesos de biorremediación por poseer además la capacidad de complejar metales de relevancia ambiental y pueden reemplazar a los actuales surfactantes sintéticos comerciales. Se realizó un relevamiento de su producción en las cepas Pseudomonas veronii 2E, Ralstonia taiwanensis M2, Delftia acidovorans AR, Klebsiella ornithinolytica 1P y Klebsiella oxytoca P2, todas ellas autóctonas y resistentes a diversos metales de relevancia ambiental en busca de nuevos biosurfactantes. Inicialmente se emplearon métodos clásicos como ser la medición de la tensión superficial (TS) de sus cultivos y la respuesta en agar sangre y agar para detección de surfactantes aniónicos (MBA). R. taiwanensis M2 y P. veronii 2E resultaron ser potenciales candidatas para la producción de biosurfactantes y de ellas se logró el aislamiento de cinco posibles compuestos con propiedades tensioactivas. Estos fueron analizados por cromatografía líquida para comprobar su grado de pureza y sometidos a ensayos químicos para tratar de elucidar su estructura. Para profundizar el estudio se generaron mutantes carentes de producción de tensioactivos. De las doce mutantes seleccionadas se conservaron las denominadas 2E01 y M201 por ser deficientes en dos características asociadas a la producción de biosurfactantes: la formación de biopelículas y la movilidad tipo swarming. Se probó restaurar el fenotipo de movilidad de 2E01 y se demostró que dos de las soluciones obtenidos de P. veronii 2E (Sc1 - Sc2) y una de R. taiwanensis M2 (Sc6) son capaces de revertir el fenotipo mutante tal como los resultados obtenidos con el surfactante sintético de referencia Tritón X-100. Adicionalmente se realizó un testeo de la existencia de sistemas de comunicación en cada una de las cepas (fenómeno denominado Quorum sensing-QS-) y se estudió la posibilidad de que alguna de las mismas pudiera interferir con sistemas de QS conocidos como el de Vibrio fischeri o el de P. aeruginosa PAO1. El resultado demostró que D. acidovorans AR posee la capacidad de interferir con la comunicación basada en moléculas de acil homoserin lactonas. En conclusión, este trabajo permitió obtener nuevas herramientas para el estudio de Pseudomonas veronii 2E y su aplicación en biorreactores. La generación de su mutante permitió estudiar sustancias naturales y sintéticas implicadas en la formación de biopelículas y su movilidad tipo swarming. Los compuestos obtenidos resultaron relevantes en cuanto a su efecto sobre estos procesos con potencial aplicación como reemplazo de surfactantes sintéticos. El hallazgo de que D. acidovorans AR sea capaz de interferir la comunicación bacteriana abrió un nuevo campo de estudio del factor involucrado y su uso en nuevas tecnologías hacia el control de la patogenicidad o de la formación de biopelículas.
Biosurfactants are amphiphilic compounds produced in nature by bacteria, fungi and some plants. The physiological role of biosurfactants includes: uptake of water-immiscible nutrients, lubrication of surfaces for swarming motility, cell adherence which imparts greatest stability under hostile environmental conditions and virulence and in cell desorption. Due to their anionic nature, biosurfactants are able to remove metals from soil by their ability to form complexes. Five autochthonous, metal resistant strains (Pseudomonas veronii 2E, Ralstonia taiwanensis M2, Delftia acidovorans AR, Klebsiella ornithinolytica 1P and Klebsiella oxytoca P2) were tested for biosurfactant production. A classical approach was proposed in order to determine the production of biosurfactants: estimation of surface tension in culture media and tests on blood agar and methylene blue agar plates. By this way, 2 of 5 strains were selected as potential biosurfactant's producers: Pseudomonas veronii 2E and Ralstonia taiwanensis M2. Five compounds produced by those strains were isolated and analyzed for purity determination by HPLC. Chemical characterization was carried out in order to elucidate their structure. Additionally, twelve biosurfactant-deficient mutants were generated and two of them (denominated 2E01 and M201) were selected for further experiments. The selected strains demonstrated to be deficient in biofilm formation and swarming motility. Wild type phenotype restoration was achieved using three natural solutions obtained from Pseudomonas veronii 2E (solutions Sc1 y Sc2) and Ralstonia taiwanensis M2 (solution Sc6). Triton X-100 was used as positive control. In addition, the strains were tested for quorum sensing and quorum quenching systems. Quorum quenching was investigated using V. fischeri and P. aeruginosa PAO1 as model organisms for bacterial communication. As result, D. acidovorans AR demonstrated acylhomoserine-lactone's degradation activity. In conclusion, those results allowed to obtain new tools for P. veronii 2E application in fixed bed reactors. The generation of mutant 2E01 was usefull to the role of natural and synthetic surfactants in swarming motility and biofilm formation. One of the solutions proved to be a good replacement for synthetic surfactants. Additionally, D. acidovorans AR´s quorum quenching system represents a new field of study with potential applications in biofilm control and inhibition of patogenicity.
Fil: Barrionuevo, Matías Raúl. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.