Facultat de Ciències

Arxiu de notícies

Cerca de notícies


  

Recull de notícies

15/04/2016
L’activitat microbiana en sistemes bioelectroquímics dedicats a l’eliminació de nitrogen s’ha estudiat en una tesi defensada recentment a l’Institut d’Ecologia Aquàtica.
Biofilm

Els microorganismes són els elements essencials en el funcionament de les piles de combustible i en aquesta tesi s’aborda la seva fisiologia des de diferents punts de vista, de la seva activitat, a la seva genètica.

Títol de la tesi: Where nitrite respiration meets electrotrophy: Diversity studies and functional characterization of autotrophic bacterial isolates from bioelectrochemical systems

Autora: Ariadna Vilar Sanz (gEMM, Insitut d'Ecologia Aquàtica, UdG)

 

La contaminació amb nitrogen de les aigües és freqüent en els països industrialitzats i les àrees urbanes. El nitrat s’elimina habitualment en plantes depuradores que utilitzen processos combinats de nitrificació i desnitrificació. Aquests processos depenen essencialment de la presència de matèria orgànica per promoure la conversió del nitrogen soluble a formes gasoses. Això fa que l’eliminació d’aquests compostos sigui complicada quan hi ha poca quantitat de matèria orgànica disponible. Un exemple interessant, és la contaminació per nitrat de les aigües subterrànies en les àrees rurals. En aquest cas, l’aplicació de noves metodologies per eliminar el nitrat sense addicionar matèria orgànica pot ser interessant. Una d’aquestes tecnologies són les piles de combustible microbià (MFC, de l’anglès Microbial Fuel Cell), en els que els bacteris són capaços de reduir el nitrat o el nitrit a compostos gasosos utilitzant els electrons alliberats per un elèctrode, fent que aquesta reacció sigui independent de la matèria orgànica.

En la present tesi doctoral, s’han caracteritzat les comunitats de bacteris desnitrificants que creixien en el càtode d’una MFC en diferents condicions d’operació per veure en quina mesura les diferents fonts de nitrogen (nitrat i nitrit) eren capaces de promoure canvis en els bacteris dominants en el biofilm. L’aplicació de tècniques moleculars, ens va permetre observar que els bacteris reductors de nitrat i nitrit es veien altament afectats pels canvis en les condicions d’operació. En canvi, els bacteris reductors d’òxid nitrós, que contenen el gen nosZ, es mantenien pràcticament invariables en totes les condicions assajades. Els bacteris reductors d’òxid nitrós tenen una gran importància ambiental ja que promouen l’eliminació d’aquest gas, reduint significativament les emissions de gasos d’efecte hivernacle. En els sistemes utilitzats, el 90% de les seqüències de bacteris que contenien el gen nosZ pertanyien a un únic grup i eren similars a Oligotropha carboxidovorans i Hyphomicrobium nitrativorans.

La baixa diversitat dels bacteris amb el gen nosZ i la seva elevada estabilitat a la MFC ens va fer plantejar el seu paper en els processos electrotròfics, és a dir, la captació d’electrons de l’elèctrode per catalitzar activitats biològiques. Donadors d’electrons alternatius com el tiosulfat, el sulfit i l’hidrogen, es van utilitzar per aïllar aquests bacteris utilitzant condicions estrictament autotròfiques (en absència de cap font de matèria orgànica) i anaeròbies. El procés va finalitzar amb la selecció de 119 aïllats, 17 dels quals contenien el gen nosZ del grup que es buscava. L’anàlisi filogenètic de les seqüències dels gens d’aquests aïllats ens va permetre seleccionar 5 bacteris representatius de els 5 subgrups més comuns en les mostres estudiades. Aquests bacteris es van anomenar C2S229.1 (Hyphomicrobium denitrificans), C2T108.3 (Rhodopseudomonas palustris), C1S131/132.1 (Sinorhizobium fredii), C1S131/132.2 (Oligotropha carboxidovorans) i C1S119.2 (Rhodopseudomonas palustris).

Amb una caracterització més acurada dels aïllats, es va determinar la seva capacitat desnitrificativa, el seu potencial genètic i la capacitat electrotròfica. Tots els aïllats posseïen tots els gens necessaris per a realitzar el procés de desnitrificació (reducció completa de nitrat a nitrogen gas), excepte C2T108.3 i C1S119.2, que no tenien la capacitat per reduir el nitrat. L’habilitat per reduir el nitrat, el nitrit i l’òxid nitrós es va demostrar experimentalment per tots els bacteris, tant autotròfica i heterotròficament (en presència de matèria orgànica) i va confirmar els resultats obtinguts amb les anàlisis genètiques. A més, tots els aïllats tenien la capacitat d’utilitzar electrons directament de l’elèctrode, però no tots ells per al mateix procés biològic. C2S229.1, C2T108.3 i C1S131/132.2, tenien la capacitat de reduir el nitrit a un potencial de -520 mV, en canvi, l’activitat de C1S131/132.2 i C1S119.2 no estava relacionada amb la transformació de cap dels compostos de nitrogen assajats. En aquests darrers aïllats, la senyal detectada podia estar relacionada amb la producció d’hidrogen.

El fet que bacteris filogenèticament propers tinguin diferents capacitats electroquímiques, sembla indicar que en els càtodes és necessària la cooperació de diferents bacteris per reduir completament el nitrat a nitrogen gas. Els resultats obtinguts, ens permeten formular noves hipòtesis per a estudiar les interaccions que s’estableixen en càtodes desnitrificants. Probablement, afavorir la producció d’hidrogen determinaria una millora en el procés desnitrificatiu, especialment per aquells microorganismes que no poden acoblar la desnitrificació a una activitat electrotròfica.