Estructura y dinámica de comunidades bacterianas en sistemas de barros activados que degradan fenol

• Autores: Basile, Laura Ana
• Año de publicación: 2009
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Erijman, Leonardo
• Materia: FENOL; FENOL HIDROXILASA; BARROS ACTIVADOS; DGGE; PCR CUANTITATIVA; ECOLOGIA MICROBIANA; PHENOL; PHENOL HYDROXYLASE; ACTIVATED SLUDGE; DGGE; QUANTITATIVE PCR; MICROBIAL ECOLOGY
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

La forma en la que las comunidades responden a las alteraciones suelen manifestarse a través de cambios en la composición o en la abundancia relativa de las especies. Frecuentemente estos cambios pueden ser atribuídos a caracteres funcionales o adaptativos. La búsqueda de modelos que expliquen los patrones de composición de especies y la coexistencia de especies similares dentro de comunidades ecológicas, pueden aportar datos sobre los mecanismos subyacentes que regulan la biodiversidad y su relación con el funcionamiento del ecosistema. En este trabajo se estudió la dinámica de las comunidades bacterianas, a nivel taxonómico y funcional, y el funcionamiento de sistemas de barros activados especializados en la degradación de fenol. Se evaluó en primer lugar la dinámica de las comunidades bacterianas en función del tiempo de aclimatación al fenol, operando bioreactores a escala de laboratorio bajo condiciones constantes a lo largo de 9 meses. En una segunda etapa se analizó el modo en que las comunidades bacterianas respondían a un aumento escalonado en la concentración de fenol. El funcionamiento de los reactores se analizó por mediciones de biomasa, niveles de turbidez y de fenol en el sobrenadante y velocidades de degradación de fenol. La estructura de la comunidad bacteriana se estudió por medio de geles de gradiente desnaturalizantes (DGGEs) del dominio variable V3 del ADN ribosomal 16S. La estructura a nivel funcional se determinó mediante la cuantificación por ensayos de PCR en tiempo real de las distintas variantes del gen de la subunidad mayor de la enzima fenol hidroxilasa multicomponente (LmPH), que cataliza la oxidación de fenol a catecol, paso limitante de la vía de degradación de fenol. Finalmente, buscando relacionar los patrones de abundancia de los grupos LmPH con sus propiedades cinéticas, se estudiaron representantes de los grupos LmPH obtenidos mediante técnicas de cultivo y aislamiento. Los resultados demuestran que la actividad de degradación de fenol en el sistema es debida a la acción combinada de un número de organismos funcionalmente redundantes. La comparación de los patrones de abundancia de las poblaciones que degradan fenol sugiere un grado de determinismo considerable, donde la abundancia relativa de cada especie parece determinada por la concentración de fenol en el alimento. Las características cinéticas de representantes de siete de los ocho genotipos LmPH, obtenidos utilizando un amplio rango de condiciones de cultivo, exhibieron un intervalo relativamente acotado de variabilidad fisiológica, indicando que la capacidad de una bacteria particular de volverse un miembro predominante de la comunidad bajo condiciones ambientales cambiantes no puede ser inferida únicamente de las propiedades de degradación de fenol.
Communities' responses to disturbance are commonly manifested as changes in species composition or relative species abundances. These changes are often attributed to functional or adaptive traits. The understanding of the patterns of species abundance, and the coexistence of similar species within ecological communities can provide important insights into the underlying mechanisms that regulate biodiversity and its relationship with ecosystem function. In this work we studied bacterial communities dynamics, using both taxonomic and functional approaches, and its relationship with the activity of phenol degrading acitvated sludge systems. Firstly, we evaluated bacterial communities dynamics as a function of phenol acclimation time, over 9 months of reactor operation under constant conditions. In a second stage, we analyzed the responses of bacterial communities to a step-increase in phenol concentration. Reactors performance was analyzed by biomass concentration, turbity and phenol concentration in supernants, and degradation rates. The structure of bacterial communities was studied using denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) of the variable domain V3 of PCR-amplified 16S ribosomal DNA. Functional structure was determined by real time quantitative PCR on different gene variants of the major subunit of the multicomponent phenol hydroxylase enzyme (LmPH), which catalyzes the oxidation of phenol to catechol, the rate limiting step in phenol biodegradation pathway. Finally, looking for a relationship between LmPH abundance patterns and kinetic properties, we studied representatives of LmPH groups, which were obtained through cultivation and isolation techniques. We concluded that phenol degradation activity in our systems depend on the combinated action of a number of functional redundant organisms. Comparison of the abundance patterns of phenol degrading populations suggests a considerable degree of determinism, where the relative abundance of each species seems to be determined by the concentration of phenol in the feed. The kinetics characteristics of representatives of seven from eight LmPH groups, obtained using a wide range of culture conditions, exhibited a rather narrow range of physiological variability, suggesting that the ability of a particular bacteria to became a predominant member of the community under changing ambiental conditions cannot be infered exclusively from the phenol-degrading properties.
Fil: Basile, Laura Ana. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.