Producción de imidasas por las bacterias del tracto digestivo de Eisenia foetida

Abstract

RESUMEN Se ha reportado la producción de imidasas en bacterias, algunas pueden estár involucradas en la degradación de polímeros o compuestos tóxicos como la acrilamida. Las poliacrilamidas son polímeros formados básicamente por unidades de acrilamida. A la fecha no se tiene información suficiente que muestre que la poliacrilamida es tóxica, en cambio la acrilamida es muy tóxica, a altas concentraciones, afecta el sistema nervioso central. Las poliacrilamidas son muy utilizadas en procesos industriales, como floculantes, y en la agricultura para mejorar los suelos. Uno de los procesos de biorremediación eficiente para la degradación de biosólidos industriales es la lombricomposta. Las lombrices se han utilizado en muchos procesos de biorremediación, debido a su capacidad de acumular y/o degradar contaminantes tóxicos, facilidad de manipulación en el laboratorio y a la capacidad de transformar materiales de desecho en humus de lombriz el cual es útil como composta en zonas agrícolas y urbanas. Se ha reportado que Eisenia foetida es la mejor en transformar residuos orgánicos o tóxicos, además tiene una gran tolerancia a la temperatura. También posee una abundante flora bacteriana en su intestino, la que ayuda a su metabolismo digestivo así como a degradar compuestos tóxicos. Algunas de estas bacterias pueden producir enzimas, imidasas, que degradan acrilamida y o poliacrilamida. Dado lo cual, es importante el aislamiento e identificación de cepa(s) productora(s) de imidasas. En esta tesis se aislaron 42 cepas bacterianas del tracto digestivo de E. foetida, y se identificaron 13 cepas bacterianas a nivel de género y de especie mediante la caracterización molecular de su 16S rARN: Kocuria rosea, Serratia marcescens, Planomicrobium sp., Arthrobacter oxydans, Microbacterium schleiferi, Bacillus subtilis, Arthrobacter luteolus, Crocinobacterium jejui, Paenibacillus spp., Micrococcus yunnanensis, Bacillus weihensthephanensis, Serratia marcescens, Janibacter melonis y Kocuria sp. Todas crecieron en un medio de cultivo mínimo con 1 g/L de acrilamida como única fuente de carbono. Siete de estas crecieron en medios de cultivo mínimo con 3 g/L de acrilamida y con 1 g/L de poliacrilamida (B. subtilis, A. luteolus, C. jejui, S. marcescens, K. rosea, B. weihensthephanensis y Planomicrobium sp). La cepa A. luteolus es la que presentó el mejor valor de velocidad de crecimiento en acrilamida con un valor de 0.046 h-1 y en poliacrilamida fue Serratia marcescens con un valor de 0.029 h-1 El mejor rendimiento Yp/s se obtuvo con la cepa B weihensthephanensis, usando acrilamida y con poliacrilamida La producción de amonio, que es el producto de la degradación de acrilamida y poliacrilamida no está asociado al crecimiento de las cepas bacterianas utilizadas en el estudio.B. subtilis y B. weihensthephanensis presentaron la mayor densidad celular y el mayor porcentaje de remoción de acrilamida (97%) acorde con la producción de amonio y con el mayor valor de la actividad de imidasas, de las siete bacterias estudiadas. B. subtilis y Planomicrobium sp, fueron las que crecieron mejor en poliacrilamida (1 g/L) y presentaron mayor producción de amonio y mayor valor de actividad enzimática. Así mismo, se demostró la producción de imidasa(s) en las siete cepas bacterias cultivadas con acrilamida o con poliacrilamida, mediante la determinación de su actividad enzimática, la remoción de estos compuestos y la producción de amonio.

ABSTRACT The imidase production in bacteria has been reported, some may be involved in the degradation of polymers or toxic compounds like the acrylamide. Polyacrylamides are polymers formed mainly by units of acrylamide. To date there is not sufficient information showing that the polyacrylamide is toxic; however acrylamide is highly toxic, at high concentrations, affects the central nervous system. Polyacrylamides are used in industrial processes such as flocculation and in agriculture to improve grounds. One of bioremediation processes for efficient degradation of industry biosolids is the vermicompost. Earthworms have been used in many bioremediation processes due to their ability to accumulate and/or degrade toxic pollutants, ease of handling in the laboratory and the ability to transform waste materials into worm castings which is useful like compost in agricultural and urban zones. Eisenia foetida has been reported as the best earthworm to transform organic waste or toxic residues, in addition has a great tolerance to the temperature. Also it owns an abundant bacterial flora in its gut, which helps its digestive metabolism as well as to degrade toxic compounds. Some of these bacteria can produce imidase enzymes, that degrade acrylamide or polyacrylamide. As such, it is important to isolate and identify strain (s) producer (s) of imidases. In this thesis 42 bacterial strains of the digestive tract of E foetida were isolated. And identified 13 bacterial strains to genus and species nivel by means of the molecular characterization of the 16S rRNA: Kocuria rosea, Serratia marcescens, Planomicrobium sp., Arthrobacter oxydans, Microbacterium schleiferi, Bacillus subtilis, Arthrobacter luteolus, Crocinobacterium jejui, Paenibacillus spp., Micrococcus yunnanensis, Bacillus weihensthephanensis, Janibacter melonis and Kocuria sp. All grew on a minimum medium with 1 g / L of acrylamide as the sole carbon source. Seven of these strains grew in minimum culture media with 3 g/L of acrylamide and 1 g/L polyacrylamide (B. subtilis, A. luteolus, C. Jejui, S. marcescens, K. rosea, B. weihensthephanensis and Planomicrobium sp.). The A. luteolus strain displayed the highest value growth rate of acrylamide with a value of 0.046 h-1and with polyacrylamide was S. marcescens strain with a value of 0.029 h-1. The best yield Yps was obtained with the B. weihensthephanensis, using acrylamide and polyacrilamide.The ammonia production which is the product of the degradation of acrylamide and polyacrylamide is not associated with the growth of bacterial strains used in this studyB. subtilis and B. weihensthephanensis displayed the greater cell growth and the highest percentage of acrylamide removal (97%), according to the production of ammonia and the highest value of imidase activity of the seven bacterial strains studied. B. subtilis and Planomicrobium sp., were those that grew better in the cultures with polyacrylamide (1 g/L) and these strains presented the major production of ammonia and higher value of enzyme activity. Likewise, it demonstrated that the production of imidasa (s) in the seven bacterial strains grown with acrylamide or polyacrylamide, by means determining its enzymatic activity, the removal of these compounds and ammonia production.