Biodegradación de ácido salicílico por Pseudomonas putida: Efecto de materiales particulados, microorganismos y otros sustratos

Abstract

La contaminación de aguas debida a compuestos de naturaleza fenólica o cianurada, adquiere una elevada importancia, no sólo por su potencial toxicidad sino también por los elevados volúmenes generados, principalmente en los sectores siderúrgico y farmacéutico. El proceso biológico con lodos activos es el método más comúnmente utilizado en el tratamiento de aguas residuales industriales que contienen este tipo de compuestos, aunque su aplicación está limitada a bajas concentraciones de estos compuestos. Por otra parte, el estudio cada vez más habitual de microorganismos puros para el tratamiento de contaminantes específicos nos permite adquirir conocimientos sobre los mecanismos involucrados en la biodegradación además de encontrar especies que pueden eliminar altas concentraciones de los contaminantes en cuestión. Con ello se da un paso más hacia la bioaumentación de los sistemas tradicionales de tratamiento. Las aguas residuales generalmente contienen, además del propio contaminante, otras sustancias, añadidas de forma voluntaria o no, que llegan al proceso biológico y cuyo efecto apenas están estudiados. Por ello, es importante conocer, en los sistemas de tratamiento biológico de aguas residuales, el efecto que produce sobre el bioproceso la presencia de ciertos agentes externos que aún no han sido estudiados en detalle, tales como materiales sólidos como el carbón activo, sólidos nanoparticulados como los óxidos de grafeno o el dióxido de titanio o la presencia de especies competidoras y/ o de otros contaminantes. Como paso previo necesario para lo anterior, se ha comenzado estudiando la biodegradación mediante microorganismos puros en suspensión, Pseudomonas putida y Paracoccus thiocyanatus, de ácido salicílico (como contaminante fenólico modelo) y tiocianato (como contaminantes cianurado modelo), analizando el efecto de las condiciones de operación, de la composición del medio y de la concentración inicial. Así, se obtuvieron los modelos cinéticos, que servirán como base para cuantificar los efectos de los distintos agentes externos estudiados. Estos agentes pueden producir respuestas sinérgicas o antagónicas sobre el proceso de biodegradación. Se comenzó estudiando el efecto de la presencia de carbón activo sobre el proceso de biodegradación de ácido salicílico por P. putida, para lo que se realizaron ensayos de adsorción del contaminante con carbón activo y con carbón activo más biomasa. En el presente trabajo también se ensayó el efecto de la presencia de materiales nanoparticulados como el dióxido de titanio y el óxido de grafeno, materiales cuyo uso y fabricación están en auge hoy en día. Los resultados obtenidos mostraron que los materiales nanoparticulados provocaron cambios en el estado fisiológico de las bacterias, afectando a su actividad metabólica. Asimismo, se estudió la presencia de bacterias competidoras o co-sustratos en el proceso de biodegradación para finalmente llevar a cabo una biodegradación simultánea de los contaminantes fenólicos y cianurados mediante el uso de un co-cultivo de P. putida y P. thiocyanatus. En todos los casos, se analizó el efecto de la concentración del agente externo y las condiciones de operación modelizando la cinética del proceso. Los resultados obtenidos demostraron una mejora en la eficacia de biodegradación simultánea de los contaminantes en presencia del co-cultivo bacteriano. En resumen, todos los estudios se llevaron a cabo con el fin de localizar y poner en evidencia los efectos derivados de la presencia de agentes externos sobre un proceso clásico de biodegradación mediante cultivo puro, optimizando el sistema en base a consideraciones operacionales lo más adecuadas tanto para la fisiología como para el rendimiento de P. putida y P. thiocyanatus. Para ello, la monitorización de la heterogeneidad fisiológica del sistema, a través de citometría de flujo multiparamétrica, ha proporcionado el conocimiento preciso sobre el comportamiento funcional bacteriano asociado a la exposición al correspondiente agente externo durante la biodegradación de contaminantes fenólicos.